Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à construire et à interpréter des diagrammes génétiques de croisements dihybrides.
Au cours du processus de fécondation, les gamètes (cellules sexuelles) se combinent pour produire un nouvel organisme. Lors du processus, des milliers de gènes sont transmis des parents à la progéniture. Ces gènes déterminent un grand nombre des caractères que la progéniture aura. Les variations des caractères observés chez les organismes sont appelées des caractères spécifiques.
Définition : Gène
Un gène est un segment d’ADN qui contient les informations nécessaires à la production d’une unité fonctionnelle, par exemple une protéine. C’est l’unité fonctionnelle de l’hérédité.
Définition : Caractère spécifique
Un caractère spécifique est un attribut observable et héréditaire d’un organisme.
Définition : Caractère individuel
Un caractère individuel est une variation d’un caractère spécifique.
Le dihybridisme fait référence à l’hérédité de deux gènes qui déterminent deux caractères individuels différents ou influencent le même caractère. Pour représenter l’hérédité de deux gènes, un croisement dihybride peut être utilisé. Les croisements dihybrides sont des représentations visuelles de l’hérédité des différentes versions de ces gènes, appelées des « allèles ».
Selon la loi de Mendel sur l’assortiment indépendant, les allèles de différents gènes sont hérités indépendamment les uns des autres.
Définition : Dihybridisme
Le dihybridisme est l’hérédité de deux gènes qui contrôlent différents caractères spécifiques ou influencent un même caractère.
Définition : Allèle
Un allèle est une version alternative d’un gène.
Les cellules des plantes, des animaux et des champignons portent leur matériel génétique dans de longues molécules d’ADN appelées des chromosomes. Un organisme hérite de la moitié de ses chromosomes d’un parent et de l’autre moitié du second parent. Ces chromosomes « s’apparient » pour former deux exemplaires de chromosome dans le noyau. Chaque gamète produit par un organisme possède la moitié du matériel génétique d’une cellule normale de ce même organisme. Les gamètes sont haploïdes, ce qui signifie qu’ils ne contiennent qu’un exemplaire des deux chromosomes, contrairement à une cellule normale du corps, qui contient deux chromosomes appariés. Par conséquent, un gamète ne contiendra qu’un seul allèle de chaque gène. Lorsque deux gamètes se combinent pendant la fécondation, le zygote qui en résulte, l’embryon, dispose donc de la bonne quantité d’informations génétiques (deux allèles pour chaque gène). L’hérédité des chromosomes et le processus de base de la fécondation sont décrits dans la figure 1.
Définition : Haploïde
Une cellule haploïde est une cellule qui ne possède qu’un seul exemplaire des chromosomes (n).
Définition : Diploïde
Une cellule diploïde est une cellule qui possède les deux exemplaires complets des chromosomes (2n), disposés en paires homologues.
Voyons un exemple de dihybridisme et d’un croisement dihybride.
Les graines des plants de pois peuvent être de couleur verte ou jaune, et de forme lisse ou ridée. Les caractères de la couleur et de la forme des graines sont contrôlés par deux gènes différents. Ces deux gènes ont chacun deux allèles qui déterminent les caractères individuels. Nous utiliserons les lettres suivantes pour les allèles et les caractères qu’ils codent :
Nous utiliserons « Y » et « y » pour représenter les allèles des graines jaunes et vertes plutôt que « J » et « j », car la distinction entre les lettres majuscules et minuscules est plus claire.
À partir de ces allèles, nous pouvons en déduire que la couleur et la forme dominantes sont les graines jaunes et les graines lisses, tandis que les caractères récessifs sont les graines vertes et les graines ridées. Les caractères dominants sont ceux qui seront toujours exprimés dans un organisme lorsque les allèles sont présents. Quant aux caractères récessifs, ils ne sont exprimés que si l’allèle dominant pour ce gène n’est pas présent dans l’organisme. Par convention scientifique, les allèles dominants s’écrivent avec des lettres majuscules (Y) et les allèles récessifs avec des lettres minuscules (y).
Définition : Caractère dominant
Un caractère dominant est un caractère qui est toujours exprimé dans le phénotype si l’allèle qui le code est présent dans le génotype.
Définition : Caractère récessif
Un caractère récessif est un caractère contrôlé par des allèles récessifs et qui ne s’exprime dans le phénotype que s’il n’y a pas l’allèle dominant dans le génotype.
Considérons deux parents de plants de pois. L’un est homozygote dominant pour les deux caractères, ce qui signifie que les deux allèles sont dominants pour chaque gène. La partie du mot « homo » signifie « même ». L’autre plant est homozygote récessif pour les deux caractères, ce qui signifie que les deux allèles sont récessifs pour chaque gène. Cela donnerait les génotypes et les phénotypes définis dans la figure 2 ci-dessous.
Définition : Hétérozygote
Un individu est hétérozygote pour un caractère s’il possède deux allèles différents pour un gène.
Définition : Homozygote
Un individu est homozygote pour un caractère s’il possède une paire d’allèles identiques pour un gène.
Pour construire un croisement dihybride, nous devons déterminer la combinaison des allèles de chaque gamète produit par ces plantes mères. Pour cela, nous devons combiner chaque allèle de la couleur des graines avec chaque allèle de la forme des graines provenant d’un seul génotype. La méthode FOIL est un outil utile pour trouver toutes les combinaisons possibles.
Comment : Déterminer la combinaison des allèles dans un gamète à partir d’un certain génotype à l’aide de la méthode FOIL
Lors de la construction de diagrammes génétiques, nous devons connaître les combinaisons possibles d’allèles dans les gamètes des organismes afin de prédire comment ces allèles vont se combiner lors de la conception d’un nouvel organisme.
Prenons l’exemple d’un croisement dihybride entre deux plants dont les génotypes sont YyRr et Yyrr. L’allèle Y dominant produit des graines jaunes, et l’allèle récessif y produit des graines vertes. L’allèle R dominant produit des graines lisses, et l’allèle r récessif produit des graines ridées.
Nous pouvons déterminer toutes les combinaisons possibles que les allèles peuvent réaliser dans les gamètes de ces organismes en utilisant la méthode FOIL. FOIL signifie en anglais first, outside, inside, last, soit en français premier, extérieur, intérieur, dernier.
Commençons par le premier génotype, YyRr.
On commence par prendre les « premières » lettres qui représentent un allèle pour chaque gène. Notre première combinaison d’allèles est donc YR.
Nous prenons ensuite les lettres « externes » pour chaque gène. Notre deuxième combinaison est Yr.
Ensuite, nous prenons les deux lettres « internes ». Notre troisième combinaison possible est yR.
Enfin, nous prenons les deux « dernières » lettres de chaque gène. Autrement dit se sont tout simplement les « dernières » lettres à réunir ! Notre combinaison finale est yr.
Pour conclure, les combinaisons d’allèles que nous pouvons obtenir dans les gamètes produits par cet organisme sont les suivantes :
Exemple 1: Déterminer la combinaison des allèles dans les gamètes d’un génotype donné
Supposons que chez les mouches, la couleur du corps et la taille des ailes sont déterminées par deux gènes différents, comme indiqué dans le tableau ci-dessous.
| Allèles de la couleur du corps | G (gris) | g (noir) |
|---|---|---|
| Allèles de la taille des ailes | N (normales) | n (petites/vestigiales) |
Chez une mouche dont le génotype est ggNN, quelle(s) combinaison(s) d’allèles peut ou peuvent se produire dans les gamètes ?
- gg, NN
- uniquement GN
- uniquement gN
- GN, gN
Réponse
Lors de la reproduction sexuée des organismes, le processus par lequel les gamètes (cellules sexuelles) des parents se combinent s’appelle la fécondation. Afin de s’assurer que la progéniture formée suite à la fécondation possède la bonne quantité de matériel génétique, les cellules sexuelles ne contiennent que la moitié de la quantité de matériel génétique d’une cellule normale de cet organisme. Cela signifie qu’un gamète ne contiendra qu’un seul allèle pour chaque gène.
Nous pouvons déterminer les allèles présents dans les gamètes produits par un seul organisme grâce à leur génotype. Dans cet exemple, le génotype est ggNN. Nous pouvons voir dans le tableau que cet organisme possède deux allèles récessifs pour la couleur du corps, il a donc de fortes chances d’avoir un corps noir. Il a deux allèles dominants pour la taille des ailes, il a donc de fortes chances d’avoir des ailes de taille normale. Chaque gamète généré par cet organisme aura un allèle pour la couleur du corps et un allèle pour la taille des ailes. Nous devons déterminer toutes les combinaisons possibles pour ces allèles.
À l’aide du génotype, organisons ces allèles en gamètes. Pour ce faire, nous pouvons utiliser la méthode FOIL. FOIL signifie en anglais first, outside, inside, last, soit en français premier, extérieur, intérieur, dernier.
En prenant le premier g et le premier N, nous obtenons la combinaison gN.
Nous poursuivons en prenant le premier g et le deuxième N, soit les lettres « externes ».
Ensuite, nous associons le deuxième g avec le premier N, soit les lettres « internes ».
Maintenant, nous combinons les dernières lettres de chaque allèle : le second g et le second N.
Nous obtenons ainsi les quatre combinaisons possibles de ces allèles. Comme vous avez pu peut-être le constater, ce sont toutes les mêmes !
Par conséquent, la combinaison des allèles qui peut se produire dans les gamètes est uniquement gN.
Si nous revenons aux génotypes des plantes mères qui nous ont été donnés sur la figure 2, il s’agissait de YYRR et yyrr. La prochaine étape dans la l’élaboration de notre croisement dihybride est de déterminer les combinaisons possibles d’allèles dans leurs gamètes.
Pour YYRR, nous devrions aboutir aux combinaisons d’allèles YR, YR, YR et YR.
Pour yyrr, nous devrions aboutir aux combinaisons d’allèles yr, yr, yr et yr.
Vous vous êtes certainement aperçus que pour chaque individu, il n’existe qu’une seule combinaison possible d’allèles dans leurs gamètes ! Cet exemple est donc clair et net. Mais attention ! Les croisements dihybrides ne seront pas tous aussi simples.
Nous devons maintenant commencer notre croisement dihybride, en utilisant un tableau de croisement. La section « Comment » ci-dessous explique comment construire et compléter un croisement dihybride.
Comment : Construire un tableau de croisement pour mettre en évidence le dihybridisme
Le dihybridisme fait référence à l’hérédité de deux gènes différents. Pour construire notre tableau de croisement, nous devons d’abord déterminer les combinaisons d’allèles dans les gamètes produits par les deux parents. Pour ce faire, nous nous servons des informations fournies sur les génotypes des parents.
En guise d’exemple, considérons deux parents qui sont tous deux hétérozygotes pour deux gènes. Cela donnera les génotypes suivants :
AaBb (mère) AaBb (père).
Nous savons que chaque gamète produit par la mère et par le père n’aura qu’un seul allèle pour chaque gène. Nous devons maintenant déterminer les combinaisons qui peuvent se produire dans les gamètes. Il s’agit de
- AB,
- Ab,
- aB,
- ab,
pour la mère et pour le père.
Plaçons-les dans la première colonne et rangée d’un tableau de croisement. Nous avons quatre combinaisons possibles d’allèles, de sorte que notre tableau de croisement devra être composé de quatre rangées et de quatre colonnes.
Nous complétons ensuite le tableau de croisement en remplissant chacune des cases. En prenant les lettres de l’entête de la colonne et les lettres de l’entête de la ligne, nous les regroupons pour donner une combinaison de quatre lettres. Ceci est illustré dans le diagramme ci-dessous.
En règle générale, il est d’usage d’écrire les mêmes lettres ensemble (par exemple, AA, Bb) en commençant d’abord par l’allèle dominant.
Suivons ce processus pour compléter le reste des cases.
Notre tableau de croisement est terminé ! À partir de là, nous pouvons l’utiliser pour prédire la composition génétique et l’apparence physique de la progéniture conçue de ces parents.
Si nous suivons cette méthode pour compléter notre tableau de croisement pour notre exemple de couleur et de forme des graines chez les pois, alors le croisement dihybride sera le suivant.
Comme vous pouvez le voir sur la figure 3, tous les génotypes sont identiques ! Cela simplifie la prédiction de nos phénotypes. Nous pouvons voir que chaque génotype, c’est à dire l’assemblage des lettres dans chaque case, a un allèle dominant pour la couleur (Y) et la forme (R) des graines. Cela signifie que de la progéniture produira des graines jaunes et lisses.
Exemple 2: Déterminer la probabilité des phénotypes à partir des croisements dihybrides
Supposons que chez les cochons d’Inde, l’allèle du pelage noir (B) est dominant par rapport à l’allèle du pelage blanc (b), et l’allèle du pelage lisse (F) est dominant par rapport à l’allèle du pelage rude (f). Un cochon d’Inde de génotype Bbff est croisé avec un cochon d’Inde de génotype bbFF. Quelle est la probabilité, en pourcentage, que la progéniture ait un pelage noir et lisse ?
Réponse
Cette question nous demande d’utiliser les informations fournies pour effectuer un croisement génétique et de déterminer la probabilité qu’un certain phénotype apparaisse dans la progéniture. Comme on nous a donné les allèles pour deux gènes différents, nous savons que nous devons réaliser un croisement dihybride.
Commençons par déterminer la combinaison des allèles qui seront présents dans les gamètes de chaque parent. Pour ce faire, nous pouvons combiner les allèles pour chacun des deux gènes de toutes les manières possibles, comme indiqué ci-dessous.
Pour le génotype Bbff, les combinaisons possibles sont Bf et bf. Pour le génotype bbFF, bF est la seule combinaison possible.
Maintenant, nous devons placer ces combinaisons possibles d’allèles dans la première ligne et colonne d’un tableau de croisement de format .
En complétant les cellules, nous illustrons toutes les façons dont les allèles peuvent se combiner au cours du processus de fécondation. Pour chaque case, nous prenons les allèles de l’entête de la colonne et de la ligne et les combinons. À la fin, le croisement devrait ressembler à cela.
Chaque case représente un génotype possible pour chaque descendant et a une combinaison de deux allèles pour chaque gène. À partir de cela, et des informations fournies dans la question concernant les allèles dominants et récessifs, nous pouvons déterminer la probabilité qu’une progéniture conçue de ces parents ait un pelage noir et lisse.
La question nous dit que l’allèle qui produit un pelage noir est dominant (B) et que l’allèle qui produit un pelage lisse est dominant (F). Cela signifie que tout génotype ayant à la fois B et F, même s’il ne s’agit que d’une copie, donnera une progéniture avec un pelage noir et lisse. Dans cet exemple, le seul génotype qui possède ces allèles est BbFf. Si nous comptons combien de fois ce génotype apparait, nous obtenons 8 sur 16.
Pour calculer cela en pourcentage, nous pouvons faire le calcul suivant : ou nous pouvons simplement en déduire que 8 est la moitié de 16 !
Par conséquent, la probabilité en pourcentage, que la progéniture ait un pelage lisse et noir est .
Grâce aux croisements dihybrides, nous pouvons calculer la probabilité que la progéniture hérite de certains génotypes et phénotypes. Nous pouvons également déterminer le rapport phénotypique si nous savons quels allèles sont dominants et lesquels sont récessifs. Les rapports phénotypiques sont généralement donnés selon la convention décrite ci-dessous :
Pour le croisement illustré ci-dessus dans la figure 3, la probabilité que la progéniture hérite du génotype YyRr est , donc le rapport phénotypique est .
Prenons un exemple qui introduit plus de variation dans les phénotypes.
Chez les drosophiles, la couleur du corps et la couleur des yeux sont codées par différents gènes. Un corps brun (B) est dominant par rapport à un corps noir (b), et des yeux rouges (E) sont dominants par rapport à des yeux marron (e).
Les deux mouches parents que nous avons sont hétérozygotes pour la couleur du corps et la couleur des yeux. Leur génotype est donc BbEe. Si nous déterminons la combinaison des allèles pour chaque gamète, nous devrions obtenir pour la mère et pour le père les génotypes suivants : BE, Be, bE, be. Comme précédemment, utilisons ces combinaisons pour compléter un croisement dihybride.
Comme nous pouvons le constater sur la figure 4, cela produit divers génotypes. Les génotypes qui peuvent être produits à partir de ce croisement sont BBEE, BBEe, BbEE, BbEe, BBee, Bbee, bbEe, bbEE et bbee. Nous pouvons nous servir de ce qui nous a été dit sur les allèles dominants et récessifs pour déterminer les phénotypes que chacun des génotypes donnera.
- Les génotypes BBEE, BbEe, BBEe et BbEE ont des allèles dominants pour la couleur du corps et des yeux. Dans notre tableau de croisement, il existe 9 de ces génotypes. Ces génotypes donneront un corps brun aux yeux rouges.
- BBee et Bbee portent l’allèle dominant pour la couleur du corps, mais deux allèles récessifs et non dominants pour la couleur des yeux. Dans notre tableau de croisement, il y a 3 de ces génotypes. Ces génotypes donneront un corps brun aux yeux marron.
- bbEE et bbEe ont deux allèles récessifs et non dominants pour la couleur du corps, mais ont un allèle dominant pour la couleur des yeux. Dans notre tableau de croisement, il y a 3 de ces génotypes. Ces génotypes donneront un corps noir aux yeux rouges.
- bbee est le seul génotype à ne pas avoir d’allèle dominant pour aucun de ces caractères, mais possède à la place deux allèles récessifs pour la couleur du corps et des yeux. Dans notre tableau de croisement, il n’existe qu’un seul de ces génotypes. Cela donnera un corps noir aux yeux marron.
À l’aide des informations ci-dessus et du croisement représenté sur la figure 4, nous pouvons déterminer que le rapport phénotypique est : .
Exemple 3: Identifier les bons croisements dihybrides et calculer les rapports phénotypiques
Supposons que chez les plantes, l’allèle pour les tiges hautes (D) est dominant par rapport à l’allèle pour les tiges courtes (d), et l’allèle pour les fleurs violettes (P) est dominant par rapport à l’allèle pour les fleurs blanches (p).
- Lequel des tableaux de croisement suivants représente deux plantes hétérozygotes pour ces caractères ?
- Quel est le rapport phénotypique de ce croisement ?
Réponse
Un croisement dihybride, sous la forme d’un tableau de croisement, est utilisé pour illustrer l’hérédité de deux gènes qui contrôlent différents caractères. Dans cet exemple, les deux caractères sont la longueur de la tige et la couleur de la fleur. La longueur des tiges est contrôlée par deux allèles différents : un allèle dominant pour les tiges hautes (D) et un allèle récessif pour les tiges courtes (d). La couleur des fleurs est également contrôlée par deux allèles différents : un allèle dominant pour les fleurs violettes (P) et un allèle récessif pour les fleurs blanches (p).
Partie 1
Si un organisme est hétérozygote pour un caractère, les deux allèles qui composent ce caractère diffèreront dans son génotype. Dans ce scénario, l’organisme serait hétérozygote pour la longueur de la tige et la couleur de la fleur. Cela signifie qu’il aurait à la fois les allèles dominant et récessif pour la longueur de la tige, et à la fois les allèles dominant et récessif pour la couleur de la fleur. Cela donnerait à l’organisme le génotype DdPp.
Nous devons ensuite établir la combinaison des allèles qui seraient présents dans les gamètes produits par chaque plante mère hétérozygote. Pour ce faire, nous combinons les allèles pour la longueur de la tige et la couleur de la fleur de toutes les façons possibles au sein d’un génotype. Pour le génotype DdPp, les combinaisons possibles sont
Si nous prenons alors ces combinaisons possibles d’allèles pour chaque gamète et les plaçons dans les entêtes des lignes et des colonnes d’un croisement dihybride, nous devrions obtenir quelque chose qui ressemble à cela.
Pour la première partie, nous pouvons ainsi conclure que la bonne option est la B.
Partie 2
En utilisant ce croisement dihybride, la seconde partie nous demande de déterminer le rapport phénotypique. Les rapports phénotypiques sont donnés dans le format suivant :
Ces phénotypes peuvent être déterminés à partir des génotypes de le tableau de croisement complété de la première partie.
Les génotypes qui incluent un allèle dominant pour la longueur de la tige et pour la couleur de la fleur, donc D et P, produiront des phénotypes dans lesquels les deux caractères dominants seront exprimés. Il y a 9 génotypes dans le tableau de croisement qui ont au moins un D et un P.
Les génotypes dominants pour la longueur de la tige mais récessifs pour la couleur de la fleur auront au moins un D, pas de P mais au lieu de cela pp. Ils produiront des phénotypes avec de grandes tiges et des fleurs blanches. Il y a 3 génotypes qui correspondent à ce modèle.
Les génotypes dominants pour la couleur des fleurs mais récessifs pour la longueur des tiges auront au moins un P, pas de D mais au lieu de cela dd. Ils produiront des phénotypes avec des tiges courtes et des fleurs violettes. Il y a 3 génotypes qui correspondent à ce modèle.
Les génotypes qui n’ont pas d’allèles dominants pour la longueur de la tige et la couleur de la fleur produiront des phénotypes récessifs, et il n’y a qu’un seul génotype qui correspond à ce modèle, ddpp.
Par conséquent, pour la seconde partie, nous pouvons conclure que le rapport phénotypique pour ce croisement est .
Passons en revue ce que nous avons appris dans cette fiche explicative.
Points clés
- Le dihybridisme fait référence à l’hérédité de deux gènes qui déterminent l’expression de deux caractères spécifiques différents ou influencent un même caractère.
- Nous pouvons illustrer l’hérédité de ces gènes en utilisant un tableau de croisement pour représenter un croisement dihybride.
- Lors de l’élaboration d’un croisement dihybride, nous devons déterminer les combinaisons possibles des allèles dans les gamètes produits pour chaque parent.
- Nous pouvons utiliser les croisements dihybrides pour déterminer les génotypes possibles de la progéniture et les rapports phénotypiques.
