300 trOiSiÈMe partie La génétique
ConCept
14.1
Mendel a découvert les deux lois
de l’hérédité en utilisant l’approche
scientifique
Mendel a découvert les principes fondamentaux de l’hérédité
en faisant se reproduire des plants de pois (Pisum sativum). Il
planifiait soigneusement les expériences qu’il effectuait. Au
fur et à mesure que nous suivrons ses travaux, vous reconnaîtrez les éléments clés de la démarche scientifique exposés
au chapitre 1.
L’approche expérimentale et quantitative
de Mendel
Mendel a grandi dans la petite ferme de ses parents, dans une
région agricole qui appartenait autrefois à l’Autriche et qui
fait aujourd’hui partie de la République tchèque. Dans cette
région agricole, à l’instar des autres enfants, il a reçu à l’école
une formation générale ainsi qu’une formation en agriculture. À l’adolescence, en dépit de sa santé délicate et de ses
difficultés financières, il a fait des études brillantes à l’école
secondaire et à l’Institut de philosophie d’Olmütz.
Mendel est entré au monastère des Augustins en 1843, à
l’âge de 21 ans, un choix rationnel à l’époque pour quelqu’un
qui valorisait la vie intellectuelle. Après avoir échoué à l’examen qui lui aurait permis de devenir enseignant, il quitte le
monastère pour poursuivre deux années d’études en physique et en chimie à l’Université de Vienne. Ces années se sont
révélées décisives : elles ont marqué son avenir en tant que
scientifique, en grande partie grâce une très forte influence
de deux professeurs. L’un d’eux, Christian Doppler, ce physicien qui a découvert l’effet qui porte son nom, encourageait
ses élèves à apprendre les sciences par l’expérimentation, et
c’est lui qui a montré à Mendel comment expliquer les phénomènes naturels à l’aide des mathématiques. L’autre, Franz
Unger, un botaniste, a suscité l’intérêt de Mendel pour les
causes des variations chez les plantes. L’enseignement reçu
de ces deux mentors a joué plus tard un rôle déterminant
dans ses expériences sur le pois.
Après ses études universitaires, Mendel est retourné au
monastère et a été nommé professeur dans une école locale
où se trouvaient déjà plusieurs autres enseignants passionnés
pour la recherche scientifique. En outre, ses confrères moines
partageaient son intérêt pour la culture des plantes, une tradition au monastère. Cet endroit a donc constitué à plus d’un
titre un terreau fertile pour les travaux scientifiques de Mendel.
Vers 1857, Mendel commence à faire se reproduire des pois
dans le jardin de l’abbaye pour étudier l’hérédité. La question
de l’hérédité était depuis longtemps un sujet d’intérêt au
monastère, mais c’est l’approche tout à fait inédite qu’il a
adoptée qui lui a permis de déduire les principes jusque-là
demeurés insaisissables pour les autres.
L’existence de nombreuses variétés de pois a probablement
influencé Mendel dans le choix de son matériel de travail :
par exemple, une variété possède des fleurs violettes et une
autre, des fleurs blanches. Une propriété héréditaire qui varie
d’un individu à l’autre, telle la couleur des fleurs, est appelée
caractère. (On emploie souvent le terme traits pour désigner
les différentes variétés ou formes d’un même caractère.)
Le choix du pois était également excellent pour d’autres
raisons : le cycle de reproduction court et le nombre élevé d’individus à chaque croisement. En outre, Mendel était en mesure
de contrôler de façon absolue l’identité des plantes qu’il croisait. Il faut savoir que les organes reproducteurs du pois se
trouvent dans la fleur, qui contient à la fois les organes producteurs du pollen (les étamines) et l’organe producteur d’ovules
(l’ovaire du pistil)*. Dans la nature, cette plante s’autoféconde,
c’est-à-dire que les grains de pollen des éta mines d’une fleur
tombent sur le pistil de la même fleur, et un gamète mâle
(spermatozoïde) issu des grains de pollen féconde alors un
gamète femelle (oosphère) situé dans le carpelle du pistil (voir
le glossaire). Pour effectuer une pollinisation croisée – soit une
fécondation entre des plantes différentes –, Mendel retirait les
étamines immatures d’une plante avant qu’elles produisent du
pollen, puis il saupoudrait du pollen provenant d’une autre
plante sur la fleur ainsi castrée (figure 14.2). Chaque zygote
obtenu de cette manière se développait pour donner un
embryon enfermé dans une graine (pois). Mendel était donc
toujours sûr de connaître les parents des nouvelles semences.
En outre, Mendel a pris soin de limiter son étude de l’hérédité à des caractères qui s’expriment sous deux formes alternatives distinctes. Par exemple, ses plantes possédaient soit
des fleurs violettes, soit des fleurs blanches : il n’existait pas de
couleur intermédiaire entre ces deux variantes. Si, au contraire,
Mendel avait examiné des caractères variant de façon continue
d’un individu à l’autre – telle la masse des graines –, il n’aurait
pas découvert la nature particulaire de l’hérédité (vous saurez
pourquoi plus loin).
Mendel a également veillé à effectuer ses expériences sur
des lignées pures, c’est-à-dire sur des variétés qui, au fil des
générations, ne produisent après autofécondation que des
descendants identiques à la plante parent. Par exemple, une
plante à fleurs violettes provient d’une lignée pure si les
graines qu’elle engendre par autofécondation sur des générations successives donnent toutes des plantes à fleurs violettes.
D’ordinaire, dans une expérience de croisement, Mendel
effectuait une pollinisation croisée entre deux variétés clairement distinctes de pois de lignée pure – par exemple, des
plantes à fleurs violettes et des plantes à fleurs blanches –
(voir la figure 14.2). Ce type de croisement de deux variétés
de lignée pure est appelé hybridation. On nomme génération P (parentale) la génération des parents de lignée
pure et génération F 1 (première génération filiale), celle
des hybrides qui en sont issus. En permettant l’autofécondation des hybrides F 1 (ou une pollinisation croisée avec
d’autres hybrides F 1 ), on obtient une génération F 2
(deuxième génération filiale). En général, Mendel suivait les
caractères sur trois générations au moins (P, F 1 et F 2 ). S’il
avait mis fin à ses expériences à la génération F 1 , comme
* Comme vous l’avez appris à la figure 13.6b (p. 286), chez les Végétaux, la méiose
ne produit pas de gamètes, mais des spores. Dans les plantes à fleurs comme le
pois, chaque spore se développe en un gamétophyte haploïde microscopique
qui ne contient que quelques cellules et est situé sur le parent. Le gamétophyte
produit des spermatozoïdes dans les grains de pollen et des oosphères dans le
carpelle. Pour simplifier, nous n’inclurons pas la phase du gamétophyte dans
notre discussion de la fécondation chez les Végétaux.
ConCept
14.1
Mendel a découvert les deux lois
de l’hérédité en utilisant l’approche
scientifique
Mendel a découvert les principes fondamentaux de l’hérédité
en faisant se reproduire des plants de pois (Pisum sativum). Il
planifiait soigneusement les expériences qu’il effectuait. Au
fur et à mesure que nous suivrons ses travaux, vous reconnaîtrez les éléments clés de la démarche scientifique exposés
au chapitre 1.
L’approche expérimentale et quantitative
de Mendel
Mendel a grandi dans la petite ferme de ses parents, dans une
région agricole qui appartenait autrefois à l’Autriche et qui
fait aujourd’hui partie de la République tchèque. Dans cette
région agricole, à l’instar des autres enfants, il a reçu à l’école
une formation générale ainsi qu’une formation en agriculture. À l’adolescence, en dépit de sa santé délicate et de ses
difficultés financières, il a fait des études brillantes à l’école
secondaire et à l’Institut de philosophie d’Olmütz.
Mendel est entré au monastère des Augustins en 1843, à
l’âge de 21 ans, un choix rationnel à l’époque pour quelqu’un
qui valorisait la vie intellectuelle. Après avoir échoué à l’examen qui lui aurait permis de devenir enseignant, il quitte le
monastère pour poursuivre deux années d’études en physique et en chimie à l’Université de Vienne. Ces années se sont
révélées décisives : elles ont marqué son avenir en tant que
scientifique, en grande partie grâce une très forte influence
de deux professeurs. L’un d’eux, Christian Doppler, ce physicien qui a découvert l’effet qui porte son nom, encourageait
ses élèves à apprendre les sciences par l’expérimentation, et
c’est lui qui a montré à Mendel comment expliquer les phénomènes naturels à l’aide des mathématiques. L’autre, Franz
Unger, un botaniste, a suscité l’intérêt de Mendel pour les
causes des variations chez les plantes. L’enseignement reçu
de ces deux mentors a joué plus tard un rôle déterminant
dans ses expériences sur le pois.
Après ses études universitaires, Mendel est retourné au
monastère et a été nommé professeur dans une école locale
où se trouvaient déjà plusieurs autres enseignants passionnés
pour la recherche scientifique. En outre, ses confrères moines
partageaient son intérêt pour la culture des plantes, une tradition au monastère. Cet endroit a donc constitué à plus d’un
titre un terreau fertile pour les travaux scientifiques de Mendel.
Vers 1857, Mendel commence à faire se reproduire des pois
dans le jardin de l’abbaye pour étudier l’hérédité. La question
de l’hérédité était depuis longtemps un sujet d’intérêt au
monastère, mais c’est l’approche tout à fait inédite qu’il a
adoptée qui lui a permis de déduire les principes jusque-là
demeurés insaisissables pour les autres.
L’existence de nombreuses variétés de pois a probablement
influencé Mendel dans le choix de son matériel de travail :
par exemple, une variété possède des fleurs violettes et une
autre, des fleurs blanches. Une propriété héréditaire qui varie
d’un individu à l’autre, telle la couleur des fleurs, est appelée
caractère. (On emploie souvent le terme traits pour désigner
les différentes variétés ou formes d’un même caractère.)
Le choix du pois était également excellent pour d’autres
raisons : le cycle de reproduction court et le nombre élevé d’individus à chaque croisement. En outre, Mendel était en mesure
de contrôler de façon absolue l’identité des plantes qu’il croisait. Il faut savoir que les organes reproducteurs du pois se
trouvent dans la fleur, qui contient à la fois les organes producteurs du pollen (les étamines) et l’organe producteur d’ovules
(l’ovaire du pistil)*. Dans la nature, cette plante s’autoféconde,
c’est-à-dire que les grains de pollen des éta mines d’une fleur
tombent sur le pistil de la même fleur, et un gamète mâle
(spermatozoïde) issu des grains de pollen féconde alors un
gamète femelle (oosphère) situé dans le carpelle du pistil (voir
le glossaire). Pour effectuer une pollinisation croisée – soit une
fécondation entre des plantes différentes –, Mendel retirait les
étamines immatures d’une plante avant qu’elles produisent du
pollen, puis il saupoudrait du pollen provenant d’une autre
plante sur la fleur ainsi castrée (figure 14.2). Chaque zygote
obtenu de cette manière se développait pour donner un
embryon enfermé dans une graine (pois). Mendel était donc
toujours sûr de connaître les parents des nouvelles semences.
En outre, Mendel a pris soin de limiter son étude de l’hérédité à des caractères qui s’expriment sous deux formes alternatives distinctes. Par exemple, ses plantes possédaient soit
des fleurs violettes, soit des fleurs blanches : il n’existait pas de
couleur intermédiaire entre ces deux variantes. Si, au contraire,
Mendel avait examiné des caractères variant de façon continue
d’un individu à l’autre – telle la masse des graines –, il n’aurait
pas découvert la nature particulaire de l’hérédité (vous saurez
pourquoi plus loin).
Mendel a également veillé à effectuer ses expériences sur
des lignées pures, c’est-à-dire sur des variétés qui, au fil des
générations, ne produisent après autofécondation que des
descendants identiques à la plante parent. Par exemple, une
plante à fleurs violettes provient d’une lignée pure si les
graines qu’elle engendre par autofécondation sur des générations successives donnent toutes des plantes à fleurs violettes.
D’ordinaire, dans une expérience de croisement, Mendel
effectuait une pollinisation croisée entre deux variétés clairement distinctes de pois de lignée pure – par exemple, des
plantes à fleurs violettes et des plantes à fleurs blanches –
(voir la figure 14.2). Ce type de croisement de deux variétés
de lignée pure est appelé hybridation. On nomme génération P (parentale) la génération des parents de lignée
pure et génération F 1 (première génération filiale), celle
des hybrides qui en sont issus. En permettant l’autofécondation des hybrides F 1 (ou une pollinisation croisée avec
d’autres hybrides F 1 ), on obtient une génération F 2
(deuxième génération filiale). En général, Mendel suivait les
caractères sur trois générations au moins (P, F 1 et F 2 ). S’il
avait mis fin à ses expériences à la génération F 1 , comme
* Comme vous l’avez appris à la figure 13.6b (p. 286), chez les Végétaux, la méiose
ne produit pas de gamètes, mais des spores. Dans les plantes à fleurs comme le
pois, chaque spore se développe en un gamétophyte haploïde microscopique
qui ne contient que quelques cellules et est situé sur le parent. Le gamétophyte
produit des spermatozoïdes dans les grains de pollen et des oosphères dans le
carpelle. Pour simplifier, nous n’inclurons pas la phase du gamétophyte dans
notre discussion de la fécondation chez les Végétaux.