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Deux mètres de fil dans chaque cellule : ADN, gènes et loterie des gamètes

Troisième · SVT · environ 25 min

« Tu as le nez de ton père et les yeux de ta mère. » Tu as sûrement entendu ce genre de phrase à un repas de famille. Mais comment un nez peut-il « passer » d'une génération à l'autre ? Il n'y a aucun nez dans un spermatozoïde ni dans un ovule. Ce qui se transmet, c'est une information, écrite dans une molécule que tu possèdes dans presque chacune de tes cellules : l'ADN. Ce cours t'explique comment cette information est rangée, puis comment elle est mélangée et redistribuée à chaque nouvel enfant.

1. Du noyau au gène : un emboîtement

Chacune de tes cellules (sauf les globules rouges) contient un noyau. Dans ce noyau se trouvent 46 chromosomes, rangés en 23 paires : dans chaque paire, un chromosome vient de ta mère, l'autre de ton père. La 23ᵉ paire détermine le sexe : XX chez une fille, XY chez un garçon.

Un chromosome n'est rien d'autre qu'une très longue molécule d'ADN enroulée et compactée. Mise bout à bout, l'ADN d'une seule cellule mesure environ 2 mètres ! Cette molécule ressemble à une échelle tordue en hélice ; ses barreaux sont formés de quatre « lettres » chimiques, notées A, T, G et C. L'ordre de ces lettres forme un texte de 3 milliards de caractères.

Chromosomes et ADN À gauche, un chromosome dessiné en forme de X. Une flèche de zoom mène à droite vers l'ADN : une molécule en double hélice, deux brins enroulés reliés par des barreaux, les paires de bases. Le chromosome est de l'ADN très enroulé ; un gène est un morceau précis de cet ADN qui porte une information héréditaire. chromosome on zoome ADN (double hélice) Un gène est un morceau de l'ADN

Dans ce texte, certains passages sont des gènes : un gène est un morceau d'ADN qui porte l'information pour un caractère (la couleur des yeux, le groupe sanguin, la fabrication d'une protéine). Nous avons environ 20 000 gènes. Un même gène peut exister en plusieurs versions, appelées allèles. Par exemple, le gène du groupe sanguin existe en trois allèles : A, B et O.

Comme tu as deux chromosomes par paire, tu as deux allèles de chaque gène, un de chaque parent. S'ils sont identiques, pas de question. S'ils diffèrent, soit l'un s'impose (il est dominant, l'autre est récessif), soit les deux s'expriment ensemble (codominants).

Exemple travaillé : le groupe sanguin. Les allèles A et B sont dominants sur O, et codominants entre eux.

  • A + A ou A + O → groupe A ;
  • B + B ou B + O → groupe B ;
  • A + B → groupe AB ;
  • O + O → groupe O. Une mère de groupe A (A + O) et un père de groupe B (B + O) peuvent donc avoir un enfant de groupe O (il reçoit O de chacun), A, B ou AB. Quatre enfants aux groupes différents dans la même famille : ce n'est pas une anomalie, c'est la génétique.

2. La méiose : fabriquer des cellules à 23 chromosomes

Si un ovule et un spermatozoïde avaient chacun 46 chromosomes, l'enfant en aurait 92, ses enfants 184… Pour éviter cela, les cellules reproductrices (ou gamètes) sont fabriquées par une division spéciale, la méiose, qui divise le nombre de chromosomes par deux : chaque gamète ne contient que 23 chromosomes, un seul de chaque paire.

Le point essentiel : pour chaque paire, le gamète reçoit au hasard soit le chromosome d'origine maternelle, soit celui d'origine paternelle. Pour la paire 1, pile ou face ; pour la paire 2, pile ou face ; et ainsi de suite 23 fois. Le nombre de combinaisons possibles est 2 multiplié par lui-même 23 fois, soit plus de 8 millions de gamètes génétiquement différents pour une seule personne. Et la méiose fait encore mieux : des morceaux de chromosomes d'une même paire s'échangent avant la séparation, créant des chromosomes « mosaïques » inédits.

Exemple travaillé. Une femme est A + O pour le groupe sanguin. Ses ovules sont de deux sortes : la moitié portent l'allèle A, l'autre moitié l'allèle O. Elle ne « choisit » pas : c'est le tirage au sort de la méiose.

3. La fécondation : la rencontre qui crée l'unique

La fécondation est la fusion d'un spermatozoïde et d'un ovule. Les 23 chromosomes de l'un s'ajoutent aux 23 de l'autre : la cellule-œuf possède à nouveau 46 chromosomes, 23 paires, et un programme génétique qui n'a jamais existé avant elle. Cette cellule se divise ensuite des milliards de fois en copiant fidèlement son ADN ; c'est pourquoi toutes tes cellules portent la même information.

De la cellule-œuf au nouvel individu Un schéma sobre de la fécondation. À gauche, l'ovule (grande cellule) et le spermatozoïde (petite cellule à flagelle) : deux cellules reproductrices. Elles s'unissent pour former une seule cellule, la cellule-œuf, dont le noyau réunit les apports des deux parents. Cette cellule se développera en un nouvel individu. ovule spermatozoïde cellule-œuf nouvel individu la fécondation : deux cellules en forment une seule

Lequel des millions de spermatozoïdes féconde l'ovule ? Le hasard, là encore. Avec 8 millions de gamètes possibles de chaque côté, le nombre d'enfants génétiquement différents qu'un couple pourrait avoir dépasse 64 000 milliards. Voilà pourquoi deux frères se ressemblent sans être identiques, et pourquoi seuls les vrais jumeaux, issus d'une même cellule-œuf qui s'est séparée en deux, partagent exactement le même ADN.

4. Une mise au point sur « l'inné et l'acquis »

Ton ADN n'écrit pas tout. Ta taille dépend de tes gènes mais aussi de ton alimentation ; ta musculature de ton entraînement ; ta langue maternelle n'a rien de génétique. On dit que le phénotype (ce que l'on observe) résulte du génotype (les allèles) et de l'environnement. Et les caractères acquis au cours de ta vie, un bronzage, une cicatrice, un muscle, ne s'inscrivent pas dans ton ADN : ils ne se transmettent pas.

À retenir

  • Noyau → 46 chromosomes (23 paires) → ADN → gènes → allèles (deux par gène, un de chaque parent).
  • Un allèle peut être dominant, récessif ou codominant ; exemple : groupes sanguins A, B, O.
  • La méiose produit des gamètes à 23 chromosomes, avec un tirage au hasard pour chaque paire : c'est le brassage.
  • La fécondation réunit 23 + 23 chromosomes dans une cellule-œuf au programme génétique unique.
  • Les caractères acquis pendant la vie ne se transmettent pas.

★ Pour aller plus loin

L'ADN a été identifié comme support de l'hérédité dans les années 1940-1950, et sa structure en double hélice a été décrite en 1953 par James Watson et Francis Crick, grâce notamment aux images obtenues par Rosalind Franklin, longtemps oubliée des manuels. Le premier génome humain complet a été lu en 2003, après treize ans de travail ; aujourd'hui, on séquence un génome en quelques heures.

Seuls 1 à 2 % de notre ADN sont des gènes au sens strict. Le reste, longtemps appelé « ADN poubelle », contient en réalité des interrupteurs qui allument ou éteignent les gènes selon la cellule et le moment : c'est ce qui fait qu'une cellule de peau et un neurone, avec le même ADN, ne font pas le même métier. Et nous partageons environ 98,8 % de notre séquence avec le chimpanzé, et la moitié avec… la banane, pour les gènes de base du fonctionnement cellulaire.

Enfin, l'ADN sert aujourd'hui bien au-delà de la biologie : identification en police scientifique à partir d'une seule cellule, tests de parenté, diagnostic de maladies génétiques, et même stockage de données informatiques dans des brins synthétiques.

Sources pour creuser

  • Tara Rodden Robinson, La Génétique pour les Nuls (First) : clair, avec de nombreux schémas.
  • Chaîne YouTube C'est pas sorcier : cherche « ADN » et « hérédité ».
  • Chaîne YouTube DirtyBiology : cherche ses vidéos sur le génome et la reproduction.
  • lumni.fr : rubrique SVT Troisième, chapitre « Génétique et transmission des caractères ».
  • inserm.fr et pasteur.fr : dossiers « génétique » rédigés pour le grand public.
  • eduscol.education.fr : sujets de brevet corrigés en SVT (série générale).