HÉRITAGE BIOLOGIQUE: THÉORIE ET CONCEPTS, MODE DE TRANSMISSION, EXEMPLES - LA BIOLOGIE - 2024

L' hérédité biologique est le processus par lequel la progéniture d'une cellule ou d'un organisme reçoit la dotation génétique de ses parents. L'étude des gènes et de leur transmission d'une génération à l'autre est le champ d'étude de la génétique de l'hérédité.

L'hérédité peut être définie comme la similitude entre les parents et leurs descendants, mais ce terme englobe également les différences inhérentes à la variation génétique qui se produit pendant la reproduction.

Un cygne et ses petits (Image de Hans Benn sur www.pixabay.com)

L'héritage biologique est l'un des attributs les plus significatifs des cellules vivantes et, par conséquent, des organismes multicellulaires, car il signifie la capacité de transmettre des propriétés et des caractéristiques déterminées par des générations successives, en collaborant avec des mécanismes adaptatifs et la sélection naturelle.

De nombreux auteurs estiment que l'homme s'est familiarisé avec les concepts de base de l'héritage biologique pendant des milliers d'années, lorsque les processus de domestication des plantes et des animaux ont commencé et, en sélectionnant les caractéristiques qu'il considérait les plus importantes, a fait des croisements pour Obtenez une progéniture qui conservera ces caractéristiques.

Cependant, notre compréhension actuelle des fondements physiques et moléculaires de l'hérédité est relativement récente, car ceux-ci n'ont été élucidés qu'au début du XXe siècle, lorsque la communauté scientifique a proposé la théorie chromosomique de l'hérédité.

Malgré ce qui précède, les principes de l'héritabilité des traits ou des caractères ont été analysés en profondeur quelques années plus tôt par Gregorio Mendel, qui est actuellement considéré comme le «père de l'héritage».

Il est important de mentionner qu'avant et après la formulation de cette théorie chromosomique de l'hérédité, de nombreuses autres découvertes étaient d'une importance transcendantale pour notre compréhension moderne de la génétique des êtres vivants. Celles-ci pourraient inclure l'isolement et la caractérisation des acides nucléiques, la découverte et l'étude des chromosomes, entre autres.

Théorie de l'héritage biologique

Gregor Mendel

Les fondements de l'héritage ont été initialement proposés par le moine autrichien Gregory Mendel (1822-1884) en 1856.

Mendel a compris de ses expériences avec des croisements de pois que les similitudes et les différences entre les parents et leurs descendants pouvaient s'expliquer par une transmission mécanique d'unités héréditaires discrètes, c'est-à-dire de gènes.

Les pois de Mendel et leurs caractéristiques (Source: Nefronus via Wikimedia Commons)

Cela a jeté les bases de la compréhension de la génétique moderne, car on savait que la raison de l'héritabilité des traits était due au transfert physique de gènes sur les chromosomes par reproduction (sexuelle ou asexuée).

D'après les résultats qu'il a obtenus, Mendel a formulé les «lois d'héritage» qui sont en vigueur aujourd'hui pour certains personnages:

- Loi de ségrégation: elle soutient que les gènes ont des formes «alternatives» appelées allèles et qu'ils influencent directement le phénotype (caractères visibles).

- Loi de l'héritage indépendant: implique que l'héritage d'un trait est indépendant de celui d'un autre, bien que ce ne soit pas entièrement vrai pour de nombreuses caractéristiques.

Thomas Morgan en 1908, étudiant la génétique de la mouche des fruits, Drosophila melanogaster, a montré que l'hérédité des phénotypes s'est produite comme décrit précédemment par Mendel. De plus, c'est lui qui a élucidé que les unités d'hérédité (les gènes) étaient transmises par les chromosomes.

Ainsi, et grâce à la participation de nombreux autres chercheurs, on sait aujourd'hui que l'hérédité biologique se produit grâce à la transmission d'unités héréditaires contenues dans les chromosomes, que ce soit dans les chromosomes autosomiques, sexuels ou plastidiques (chez les eucaryotes).

L'expression ou l'apparence d'un phénotype donné dépend des caractéristiques du génotype (dominance et récessivité).

Des concepts basiques

Pour comprendre comment fonctionnent les mécanismes de l'héritage biologique, il est nécessaire de comprendre certains concepts fondamentaux.

Bien que tous les caractères hérités ne soient pas dus à la séquence de nucléotides qui composent l'ADN de chaque organisme, lorsque nous parlons d'héritage biologique, nous parlons généralement de la transmission des informations contenues dans les gènes.

Gen

Un gène est alors défini comme l'unité physique fondamentale de l'hérédité et c'est une séquence d'ADN définie, qui contient toutes les informations nécessaires à l'expression d'un trait ou d'une caractéristique chez un être vivant.

Allèles

Les gènes peuvent avoir plus d'une forme, le produit de petites variations dans la séquence qui les caractérise; les formes alternatives du même gène sont appelées allèles.

Les allèles sont généralement définis en fonction des caractéristiques phénotypiques qu'ils confèrent et, dans une population, il est courant de trouver plusieurs allèles pour un même gène.

ADN, gènes et chromosomes (Source: Thomas Splettstoesser via Wikimedia Commons)

Un mammifère, par exemple, hérite de deux allèles de chaque gène de ses parents, un de sa mère et un de son père. Cet allèle du génotype qui est toujours exprimé dans le phénotype est appelé l'allèle dominant, tandis que celui qui reste "silencieux" (dont aucune caractéristique phénotypique n'est observée) est appelé l'allèle récessif.

Dans certains cas, il peut arriver que les deux allèles soient exprimés, générant l'apparition d'un phénotype intermédiaire, c'est pourquoi ils sont appelés allèles codominants ensemble.

Homozygotie et hétérozygosité

Lorsqu'un individu hérite de deux allèles identiques de ses parents, qu'ils soient à la fois dominants ou récessifs, cela est connu, génétiquement parlant, comme homozygote pour ces allèles. Quand, au contraire, un individu hérite de ses parents de deux allèles différents, l'un dominant et l'autre récessif, on parle d'hétérozygote pour ces allèles.

Les chromosomes

Les gènes des organismes procaryotes et eucaryotes se trouvent sur des structures appelées chromosomes. Chez les procaryotes, cellules qui n'ont pas de noyau, il n'y a normalement qu'un seul chromosome; Il est composé d'ADN associé à certaines protéines, est de forme circulaire et très enroulé.

Les eucaryotes, cellules qui ont un noyau, possèdent un ou plusieurs chromosomes, selon l'espèce, et ceux-ci sont constitués d'un matériau appelé chromatine. La chromatine de chaque chromosome est constituée d'une molécule d'ADN étroitement associée à quatre types de protéines appelées histones, qui facilitent son compactage dans le noyau.

Chez les eucaryotes, il existe plus d'un type de chromosome. Il existe des organismes nucléaires, mitochondriaux et chloroplastides (limités aux organismes photosynthétiques). Les chromosomes nucléaires sont autosomiques et sexuels (ceux qui spécifient le sexe).

Ploïdie

La ploïdie est le nombre entier d '«ensembles» de chromosomes qu'une cellule possède. Les êtres humains, par exemple, comme tous les mammifères et de nombreux animaux, ont deux ensembles de chromosomes, l'un du père et l'autre de la mère, par conséquent, leurs cellules sont dites diploïdes.

Haploïdes et polyploïdes

Les individus et / ou cellules qui n'ont qu'un seul ensemble de chromosomes sont appelés haploïdes, tandis que les organismes qui ont plus de deux ensembles de chromosomes sont, collectivement, des polyploïdes (triploïdes, tétraploïdes, hexaploïdes, etc.).

Gamètes

Dans les organismes à reproduction sexuée, cela se produit grâce à la fusion de deux cellules spécialisées, produites par deux individus différents: un «mâle» et une «femelle». Ces cellules sont les gamètes; les mâles produisent des spermatozoïdes (animaux) ou des microspores (plantes) et les femelles produisent des ovules ou des ovules.

Normalement, la charge chromosomique des cellules sexuelles (gamètes) est haploïde, c'est-à-dire que ces cellules sont produites par division cellulaire qui implique une réduction du nombre de chromosomes.

Génotype

Dans un organisme vivant, le génotype décrit l'ensemble des gènes (avec leurs allèles respectifs) qui codent pour un trait ou une caractéristique spécifique et qui se distinguent des autres par une certaine fonction ou séquence. Le génotype représente donc la constitution allélique d'un individu.

Bien que l'on dise généralement que le génotype est ce qui donne naissance au phénotype, il est important de garder à l'esprit qu'il existe de nombreux facteurs environnementaux et épigénétiques qui peuvent conditionner l'apparition d'un phénotype.

Phénotype

Phénotype signifie littéralement «la forme représentée». De nombreux textes le définissent comme l'ensemble des caractéristiques visibles d'un organisme résultant à la fois de l'expression de ses gènes (génotype) et de son interaction avec l'environnement qui l'entoure.

La plupart des phénotypes sont le produit de l'action concertée de plus d'un gène et le même gène peut participer à l'établissement de plus d'un phénotype spécifique.

Comment l'héritage génétique se transmet-il?

La transmission des gènes des parents à leurs descendants se produit dans le cycle cellulaire par mitose et méiose.

Chez les procaryotes, où la reproduction se produit principalement par bipartition ou fission binaire, les gènes sont transférés d'une cellule à ses descendants via la copie exacte de son chromosome, qui est sécrété dans la cellule fille avant la division.

Les eucaryotes multicellulaires, qui se caractérisent généralement par la présence de deux types de cellules (somatiques et sexuelles), ont deux mécanismes de transmission ou d'héritage génique.

Les cellules somatiques, ainsi que les organismes unicellulaires plus simples, lorsqu'ils se divisent, ils le font par mitose, ce qui signifie qu'ils dupliquent leur contenu chromosomique et sécrètent les copies vers leurs cellules filles. Ces copies sont généralement exactes, donc les caractéristiques des nouvelles cellules sont équivalentes à celles des "progéniteurs".

Les cellules sexuelles jouent un rôle fondamental dans la reproduction sexuée des organismes multicellulaires. Ces cellules, également appelées gamètes, sont produites par méiose, qui implique une division cellulaire avec une réduction concomitante de la charge chromosomique (ce sont des cellules haploïdes).

Par la reproduction sexuée, deux individus transmettent leurs gènes d'une génération à l'autre en fusionnant leurs cellules gamétiques haploïdes et en formant un nouvel individu diploïde qui partage les caractéristiques des deux parents.

Exemples d'héritage

Les exemples classiques d'héritage biologique utilisés dans l'enseignement des textes pour expliquer ce processus sont basés sur différents organismes «modèles».

La mouche des fruits (D. melanogaster) par exemple, l'un des modèles d'étude pour les animaux utilisés par Thomas Morgan, a souvent les yeux rouges. Cependant, au cours de ses expériences, Morgan a trouvé un mâle aux yeux blancs et l'a croisé avec une femelle aux yeux rouges.

Mouche des fruits. Drosophila melanogaster. Tiré et édité de: Sanjay Acharya

Etant donné que le phénotype «yeux rouges» est dominant chez cette espèce, le résultat de la première génération de ce croisement était constitué d'individus aux yeux rouges. Des croisements ultérieurs entre les individus de la première génération (F1) ont abouti à une génération F2 dans laquelle les deux phénotypes sont apparus.

Étant donné que les yeux blancs n'apparaissaient que dans F2 chez environ 50% des hommes, Morgan a supposé qu'il s'agissait d'un «héritage lié aux chromosomes sexuels».

Références

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