Fiche explicative de la leçon: Gènes complémentaires Biologie • Première année secondaire

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire l’effet de gènes complémentaires sur l’expression de gènes, et appliquer ces connaissances à des exemples donnés.

Les gènes complémentaires sont un type d’interaction entre deux gènes différents qui agissent ensemble pour créer un phénotype ou un caractère visible spécifique. L’utilisation du mot « complémentaire » est liée à la relation entre deux gènes impliqués dans un phénotype. La racine du mot « complémentaire » est « complément », qui vient du mot latin « compléter ». Ainsi, des gènes complémentaires peuvent être considérés comme des gènes qui se « complètent » l’un l’autre pour créer un résultat qui sera visible.

Des gènes complémentaires sont un exemple d’interaction génétique non mendélienne. Les modèles de transmission pour de telles interactions génétiques sont complexes car un caractère particulier nécessite souvent plus d’un gène. Par exemple, des gènes complémentaires aident à contrôler la couleur de la fleur chez les pois de senteur. Cela signifie que cette couleur dépend de l’interaction de deux gènes différents pour « compléter une voie » et faire apparaître une couleur de fleur spécifique.

Vous vous souvenez peut-être qu’un gène possède généralement deux allèles ou versions d’un gène qui contrôlent chacun un caractère individuel. Le génotype d’un individu est la combinaison des deux allèles contribuant à un phénotype. Alors que le génotype vous indique les différentes possibilités d’un point de vue génétique, le phénotype est le résultat visible.

Les interactions génétiques comme les gènes complémentaires remettent en cause les modèles d’hérédité Mendélienne bien connus et soulèvent le fait que les gènes ne dictent pas tous un seul et même phénotype.

Dans un génotype, un phénotype est souvent déterminé par un allèle. L’allèle qui déterminera le phénotype dépend de sa dominance ou de sa récessivité. L’allèle dominant détermine le résultat visible d’un caractère. Le caractère associé aux allèles récessifs est souvent masqué par l’allèle dominant et ne permet pas de déterminer le phénotype. Lorsqu’un allèle récessif est apparié à un second allèle récessif, le caractère récessif est exprimé.

Lorsque l’on écrit le génotype, l’allèle dominant est représenté par une lettre majuscule, tandis que l’allèle récessif est représenté par une lettre minuscule. Par exemple, l’allèle dominant s’écrit avec un « B » pour le gène B, tandis que l’allèle récessif s’écrit « b ». Le génotype du gène B contenant un allèle dominant et un allèle récessif est représenté par « Bb ».

Dans le cas de gènes à action complémentaire, ce sont les allèles dominants des deux gènes qui agissent ensemble pour contribuer au phénotype. S’il manque un allèle dominant à l’un des gènes, le phénotype ne se développera pas. Les allèles dominants des deux gènes sont nécessaires pour « compléter » la voie et produire le caractère spécifique.

Pour expliquer cette action complémentaire entre les gènes, voyons de plus près l’expérience sur la fleur des pois de senteur réalisée par William Bateson et Reginald Punnett, qui a permis de découvrir les gènes complémentaires.

Bateson et Punnett ont effectué leurs expériences sur Lathyrus odoratus, un pois de senteur qui a normalement des fleurs violettes. Dans leurs expériences, ils ont utilisé deux variétés de la plante dont les fleurs étaient blanches. Dans la première étape de leurs expériences, ils ont croisé les deux variétés de pois à fleurs blanches et ont produit une première génération de fleurs de couleur violette. La figure 1 donne un exemple des deux parents utilisés pour le premier croisement et de la première génération de fleurs.

Pour la deuxième génération, Bateson et Punnett ont croisé deux des fleurs violettes de la première génération. Dans la deuxième génération de fleurs, ils ont compté au total 382 plantes à fleurs violettes et 269 plantes à fleurs blanches. Un échiquier de Punnett démontrant la différence entre le génotype et le phénotype observé est représenté sur la figure 2.

Le rapport phénotypique des fleurs violettes aux fleurs blanches était de . En règne générale, le rapport phénotypique permet d’estimer les chances ou la probabilité qu’un certain phénotype se développe chez la progéniture. Ce résultat de 9 fleurs violettes à 7 fleurs blanches a étonné Bateson et Punnett. Ils s’attendaient tous les deux au rapport phénotypique observé lors d’un croisement dihybride ( ), qui est le rapport généralement observé lors d’un croisement de deux gènes différents contrôlant deux caractères différents. Contrairement à un croisement dihybride, le phénotype obtenu des fleurs des pois de senteur signifiait que les deux scientifiques venaient de découvrir un nouveau mode d’hérédité.

Regardons de plus près les raisons de ce changement dans les rapports phénotypiques des plantes des pois de senteur et pour quoi cette modification n’apparaît que dans les rapports phénotypiques mais pas dans les rapports génotypiques.

Des années après la découverte par Bateson et Punnett de ce rapport des fleurs violettes aux fleurs blanches, les scientifiques ont trouvé la raison de la variation du rapport phénotypique des fleurs des pois de senteur. Chez les pois de senteur, les fleurs violettes sont produites par le biais d’une voie biochimique en deux étapes.

Chez les fleurs des pois, deux gènes différents, les gènes C et P, agissent ensemble au sein d’une voie en deux étapes pour produire un pigment violet. Autrement dit, les produits du gène C complètent les produits du gène P pour produire le pigment violet.

Le gène C contrôle la première étape de la réaction biochimique et code pour une enzyme qui catalyse la réaction de la première étape de la voie. Le produit final de cette réaction est utilisé pour enclencher la deuxième étape. La deuxième étape de la réaction biochimique est contrôlée par le gène P, codant pour l’enzyme P, qui catalyse la deuxième réaction. Un schéma de ce processus est illustré dans la figure 3.

Pour que la voie biochimique fonctionne normalement, les gène C et P doivent avoir un allèle dominant dans le génotype afin qu’ils codent la production d’enzymes fonctionnelles. Les gènes C et P possèdent tous deux un allèle dominant (C et P) et des allèles récessifs (c et p). Les allèles dominants C et P codent pour des enzymes fonctionnelles nécessaires à la production du pigment violet, tandis que les allèles récessifs r et p codent pour des enzymes non fonctionnelles.

Si l’une ou l’autre des étapes de la voie biochimique contrôlée par les gènes C et P avait deux allèles récessifs et aucun allèle dominant, aucune des deux étapes ne seraient capables de produire des enzymes fonctionnelles. Sans enzymes fonctionnelles à l’étape 1 ou 2, la voie biochimique ne peut pas produire le pigment violet et seules les fleurs blanches sont produites. Cela signifie que la présence d’allèles homozygotes récessifs (identiques) et l’absence de l’un des deux allèles dominants aboutiront à des fleurs blanches. Ainsi, dans les génotypes ccPP, CCpp, ccPp et Ccpp, le pigment violet n’apparaît pas.

Exemple 3: Déterminer l’impact de gènes complémentaires non fonctionnels

Les fleurs des pois de senteur peuvent être violettes ou blanches. Le diagramme ci-dessous montre la voie biochimique responsable de la production de fleurs violettes chez les pois.

Si une mutation dans le gène B empêchait l’enzyme qu’elle code de fonctionner, quel en serait le résultat ? 

1. La plante aurait des fleurs blanches.
2. La plante aurait des fleurs violettes.
3. La plante n’aurait pas de fleurs.
4. La plante fanerait et mourrait.

Réponse

Sur la figure ci-dessus, nous voyons un processus biochimique en deux étapes qui se termine par la production d’un pigment violet chez les pois. La figure nous montre qu’un précurseur incolore est contrôlé par l’enzyme A (qui est exprimée par le gène A), catalysant la première étape de la réaction.

Les produits de la première étape de cette voie biochimique sont ensuite utilisés dans la deuxième étape de la voie pour produire un pigment violet dans les fleurs des pois de senteur. Le gène B code pour l’enzyme B, qui catalyse la deuxième étape de la réaction.

Les produits du gène A et B sont tous deux nécessaires pour la production du pigment violet. Si l’une des étapes ne fonctionne pas, alors aucun pigment violet n’est produit, et la plante de pois en question ne pourra produire que des fleurs incolores / blanches.

Par conséquent, si une mutation du gène B engendre un dysfonctionnement de l’enzyme qu’il code, alors le résultat sera A. La plante aurait des fleurs blanches.

Notez que comme la couleur blanche des fleurs des pois est due à au moins un gène ayant des allèles homozygotes récessifs, seuls les rapports du caractère visible ou les rapports phénotypiques changent. C’est-à-dire que pour tout génotype dans lequel il y a au moins un allèle dominant pour les gènes C et P, une fleur violette peut être produite. Le diagramme de la figure 4 montre comment l’absence d’un allèle dominant dans l’un des gènes fait qu’un génotype donne un phénotype blanc.

La figure 4 montre le croisement génétique qui produit des fleurs de pois violettes et blanches par le biais de gènes complémentaires. Il y a neuf combinaisons d’allèles dans la deuxième génération qui comportent au moins un allèle dominant C et un allèle dominant P, ce qui aboutirait à un phénotype de fleur violette. Il y a sept combinaisons qui inclut cc ou pp, ce qui donnerait un phénotype de fleur blanche.

Cela donne un rapport phénotypique de 9 fleurs violettes à 7 fleurs blanches car un génotype hétérozygote pour les deux gènes résulte tout de même en une couleur violette. Ainsi, c’est l’action complémentaire entre deux allèles dominants de gènes qui est responsable du changement du rapport phénotypique sans modification du rapport génotypique.

Résumons ce que nous avons appris dans cette fiche explicative.