chapitre 14 Mendel et le concept de gène 311
Un examen attentif de la relation entre la dominance et le
phénotype révèle un fait étrange : au regard d’un caractère
donné, la relation entre la dominance et la récessivité dépend
du niveau auquel on examine le phénotype. Prenons l’exemple
de la maladie de Tay-Sachs dont nous reparlerons plus
loin dans ce chapitre. Cette maladie neurodégénérative est
héréditaire chez l’être humain. Les cellules du cerveau d’un
enfant atteint de cette maladie ne peuvent pas métaboliser
certains lipides, parce qu’une de leurs enzymes ne fonctionne
pas de manière adéquate. L’accumulation des lipides dans les
cellules du cerveau de l’enfant entraîne progressivement des
crises d’épilepsie, la cécité et la dégénérescence du fonctionnement moteur et mental. La mort survient en quelques années.
Seuls les enfants qui reçoivent deux copies de l’allèle de
Tay-Sachs (homozygotes) souffrent de cette maladie. On
pourrait donc considérer l’allèle de Tay-Sachs comme récessif
par rapport à l’allèle normal au niveau de l’organisme. Cependant, chez les individus hétérozygotes, le taux d’activité de
l’enzyme du métabolisme des lipides se situe entre celui des
individus homozygotes pour l’allèle normal et celui des individus atteints de la maladie. Au niveau biochimique, le phénotype observé reflète donc une dominance incomplète de l’un
ou l’autre allèle. Si les hétérozygotes ne présentent heureusement pas les symptômes de la maladie, c’est apparemment
parce que la moitié de l’activité normale de l’enzyme suffit à
empêcher l’accumulation de lipides dans le cerveau. Si nous
portons notre analyse à un autre niveau, nous constatons
que les personnes hétérozygotes produisent en quantité égale
l’enzyme normale et l’enzyme déficiente. Par conséquent, au
niveau moléculaire, l’allèle normal et l’allèle de la maladie de
Tay-Sachs sont codominants. Comme on le voit, le fait que
les allèles apparaissent complètement dominants, incomplètement dominants ou codominants dépend du niveau auquel
le phénotype est analysé.
La fréquence des allèles dominants On pourrait supposer
que l’allèle dominant d’un caractère donné est plus répandu
dans une population que l’allèle récessif du même caractère,
mais ce n’est pas nécessairement le cas. Par exemple, on
estime que 2 enfants sur 1 000 environ dans le monde présentent des doigts ou des orteils surnuméraires (malformation appelée polydactylie). Parfois, le « doigt » surnuméraire
(le plus souvent du côté du cinquième doigt ou orteil) peut
n’être que partiellement développé, l’anomalie ne touchant
que quelques tissus. Certains cas sont causés par la présence
d’un allèle dominant. La faible fréquence de polydactylie
indique que, dans la population, l’allèle récessif qui entraîne
la présence de cinq doigts par membre est beaucoup plus
commun que l’allèle dominant. Au chapitre 23, nous verrons
que, dans une population donnée, les fréquences relatives
des allèles sont influencées par la sélection naturelle.
Les allèles multiples
Les caractères du pois étudiés par Mendel sont déterminés
par deux allèles, mais il s’agit d’un cas un peu particulier. En
effet, la plupart des gènes présentent plus de deux formes
alléliques. Par exemple, chez l’humain, en plus des groupes
sanguins du système MN dont nous avons déjà parlé et qui
ne comportent que deux allèles, les quatre groupes sanguins
du système ABO sont déterminés par trois allèles d’un seul
gène : I
A
, I
B
et i. Dans ce système, un individu peut être d’un
des quatre groupes (phénotypes) A, B, AB ou O. Les lettres A
et B désignent deux glucides qui peuvent se trouver à la
surface des globules rouges : le N-acétylglucosamine, ou
substance A, et le galactose, ou substance B, qui peuvent être
situés à la surface des globules rouges en liaison avec l’extrémité N-terminale d’une protéine membranaire. Les globules
rouges d’une personne donnée peuvent porter le glucide A
(groupe A), le glucide B (groupe B), les deux glucides (groupe
AB) ou aucun d’entre eux (groupe O), comme vous pouvez le
voir à la figure 14.11. Pour effectuer des transfusions, il est
essentiel d’avoir des groupes sanguins compatibles (voir le
chapitre 43).
La pléiotropie
Jusqu’ici, nous avons parlé de l’hérédité mendélienne comme
si chaque gène influait sur un seul caractère phénotypique à
la fois. Cependant, la plupart des gènes ont des effets phénotypiques multiples, propriété appelée pléiotropie (du grec
pleion, « plus »). Par exemple, chez l’humain, des allèles pléiotropiques sont responsables de symptômes associés à certaines
maladies héréditaires, dont la fibrose kystique et l’anémie à
hématies falciformes, que nous aborderons plus loin dans le
présent chapitre. Chez le pois, le gène qui détermine la couleur des fleurs influe également sur la couleur de la pellicule à
la surface externe des grains, qui peut être grise ou blanche.
Compte tenu de la complexité des interactions moléculaires
et cellulaires intervenant dans le développement et la physiologie d’un organisme, il n’est pas surprenant qu’un seul gène
puisse influer sur un grand nombre de caractéristiques.
m Figure 14.11 Les allèles multiples pour les groupes sanguins
du système ABO. Les quatre groupes sanguins sont dus à différentes
combinaisons de trois allèles.
À partir du phénotype du glucide de surface en (b), déterminez
les relations de dominance parmi les allèles.
?
Allèle
Génotype
ou
ou
Apparence
des globules
rouges
Phénotype
(groupe
sanguin)
Glucide
(a) Les trois allèles pour les groupes sanguins du système ABO
et leurs glucides. Chaque allèle code pour une enzyme qui
peut ajouter un glucide spécifique (désigné par un exposant
sur le symbole de l’allèle et illustré par un triangle ou un cercle)
à la surface des globules rouges.
(b) Les génotypes et les phénotypes des groupes sanguins.
Quatre phénotypes différents résultent de six génotypes possibles.
A
B
aucun
A
B
AB
O
I
A
I
B
i
I
A I
A
I
A i I
B I
B
I
B i
I
A I
B
ii
Un examen attentif de la relation entre la dominance et le
phénotype révèle un fait étrange : au regard d’un caractère
donné, la relation entre la dominance et la récessivité dépend
du niveau auquel on examine le phénotype. Prenons l’exemple
de la maladie de Tay-Sachs dont nous reparlerons plus
loin dans ce chapitre. Cette maladie neurodégénérative est
héréditaire chez l’être humain. Les cellules du cerveau d’un
enfant atteint de cette maladie ne peuvent pas métaboliser
certains lipides, parce qu’une de leurs enzymes ne fonctionne
pas de manière adéquate. L’accumulation des lipides dans les
cellules du cerveau de l’enfant entraîne progressivement des
crises d’épilepsie, la cécité et la dégénérescence du fonctionnement moteur et mental. La mort survient en quelques années.
Seuls les enfants qui reçoivent deux copies de l’allèle de
Tay-Sachs (homozygotes) souffrent de cette maladie. On
pourrait donc considérer l’allèle de Tay-Sachs comme récessif
par rapport à l’allèle normal au niveau de l’organisme. Cependant, chez les individus hétérozygotes, le taux d’activité de
l’enzyme du métabolisme des lipides se situe entre celui des
individus homozygotes pour l’allèle normal et celui des individus atteints de la maladie. Au niveau biochimique, le phénotype observé reflète donc une dominance incomplète de l’un
ou l’autre allèle. Si les hétérozygotes ne présentent heureusement pas les symptômes de la maladie, c’est apparemment
parce que la moitié de l’activité normale de l’enzyme suffit à
empêcher l’accumulation de lipides dans le cerveau. Si nous
portons notre analyse à un autre niveau, nous constatons
que les personnes hétérozygotes produisent en quantité égale
l’enzyme normale et l’enzyme déficiente. Par conséquent, au
niveau moléculaire, l’allèle normal et l’allèle de la maladie de
Tay-Sachs sont codominants. Comme on le voit, le fait que
les allèles apparaissent complètement dominants, incomplètement dominants ou codominants dépend du niveau auquel
le phénotype est analysé.
La fréquence des allèles dominants On pourrait supposer
que l’allèle dominant d’un caractère donné est plus répandu
dans une population que l’allèle récessif du même caractère,
mais ce n’est pas nécessairement le cas. Par exemple, on
estime que 2 enfants sur 1 000 environ dans le monde présentent des doigts ou des orteils surnuméraires (malformation appelée polydactylie). Parfois, le « doigt » surnuméraire
(le plus souvent du côté du cinquième doigt ou orteil) peut
n’être que partiellement développé, l’anomalie ne touchant
que quelques tissus. Certains cas sont causés par la présence
d’un allèle dominant. La faible fréquence de polydactylie
indique que, dans la population, l’allèle récessif qui entraîne
la présence de cinq doigts par membre est beaucoup plus
commun que l’allèle dominant. Au chapitre 23, nous verrons
que, dans une population donnée, les fréquences relatives
des allèles sont influencées par la sélection naturelle.
Les allèles multiples
Les caractères du pois étudiés par Mendel sont déterminés
par deux allèles, mais il s’agit d’un cas un peu particulier. En
effet, la plupart des gènes présentent plus de deux formes
alléliques. Par exemple, chez l’humain, en plus des groupes
sanguins du système MN dont nous avons déjà parlé et qui
ne comportent que deux allèles, les quatre groupes sanguins
du système ABO sont déterminés par trois allèles d’un seul
gène : I
A
, I
B
et i. Dans ce système, un individu peut être d’un
des quatre groupes (phénotypes) A, B, AB ou O. Les lettres A
et B désignent deux glucides qui peuvent se trouver à la
surface des globules rouges : le N-acétylglucosamine, ou
substance A, et le galactose, ou substance B, qui peuvent être
situés à la surface des globules rouges en liaison avec l’extrémité N-terminale d’une protéine membranaire. Les globules
rouges d’une personne donnée peuvent porter le glucide A
(groupe A), le glucide B (groupe B), les deux glucides (groupe
AB) ou aucun d’entre eux (groupe O), comme vous pouvez le
voir à la figure 14.11. Pour effectuer des transfusions, il est
essentiel d’avoir des groupes sanguins compatibles (voir le
chapitre 43).
La pléiotropie
Jusqu’ici, nous avons parlé de l’hérédité mendélienne comme
si chaque gène influait sur un seul caractère phénotypique à
la fois. Cependant, la plupart des gènes ont des effets phénotypiques multiples, propriété appelée pléiotropie (du grec
pleion, « plus »). Par exemple, chez l’humain, des allèles pléiotropiques sont responsables de symptômes associés à certaines
maladies héréditaires, dont la fibrose kystique et l’anémie à
hématies falciformes, que nous aborderons plus loin dans le
présent chapitre. Chez le pois, le gène qui détermine la couleur des fleurs influe également sur la couleur de la pellicule à
la surface externe des grains, qui peut être grise ou blanche.
Compte tenu de la complexité des interactions moléculaires
et cellulaires intervenant dans le développement et la physiologie d’un organisme, il n’est pas surprenant qu’un seul gène
puisse influer sur un grand nombre de caractéristiques.
m Figure 14.11 Les allèles multiples pour les groupes sanguins
du système ABO. Les quatre groupes sanguins sont dus à différentes
combinaisons de trois allèles.
À partir du phénotype du glucide de surface en (b), déterminez
les relations de dominance parmi les allèles.
?
Allèle
Génotype
ou
ou
Apparence
des globules
rouges
Phénotype
(groupe
sanguin)
Glucide
(a) Les trois allèles pour les groupes sanguins du système ABO
et leurs glucides. Chaque allèle code pour une enzyme qui
peut ajouter un glucide spécifique (désigné par un exposant
sur le symbole de l’allèle et illustré par un triangle ou un cercle)
à la surface des globules rouges.
(b) Les génotypes et les phénotypes des groupes sanguins.
Quatre phénotypes différents résultent de six génotypes possibles.
A
B
aucun
A
B
AB
O
I
A
I
B
i
I
A I
A
I
A i I
B I
B
I
B i
I
A I
B
ii