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Depuis les expériences classiques de Gregor Mendel sur les plantes de pois, scientifiques, médecins et agriculteurs ont cherché à savoir comment et pourquoi les caractéristiques varient selon les organismes. Mendel a montré qu'un croisement de plantes à pois à fleurs blanches et pourpres ne créait pas une couleur mélangée, mais plutôt une progéniture à fleurs pourpres ou blanches. Dans ce cas, le violet est un trait dominant, contrôlé par l'allèle de couleur pourpre du gène de la couleur de la fleur.
Gènes et allèles
Un gène est une partie de l'ADN qui code pour une protéine. Les caractéristiques d’un organisme sont en grande partie déterminées par les gènes de l’individu et les protéines qui en résultent. Les gènes occupent des emplacements spécifiques le long des molécules d'ADN longues au cœur des chromosomes. Chaque espèce d'organisme possède un nombre défini de chromosomes. Les organismes qui se reproduisent sexuellement ont deux ensembles de chromosomes, un de chaque parent. Par exemple, une plante de pois a 14 chromosomes, ou sept paires, y compris une paire de chromosomes avec des gènes qui spécifient la couleur des fleurs. Les gènes correspondants sur une paire de chromosomes sont appelés allèles.
Relations d'allèles
Une paire d'allèles peut interagir de différentes manières. Un allèle dominant masque les traits spécifiés par un allèle récessif. Dans l'exemple de la fleur de pois, le violet est dominant par rapport au blanc. L'allèle dominant exprime des protéines qui se traduisent par une couleur pourpre. Ces protéines dominent les protéines de fleurs blanches produites par l'allèle soeur. Les relations d'allèles sont situationnelles. Par exemple, la couleur pourpre peut être récessive pour un autre allèle, tel que celui qui code pour la couleur jaune. Les allèles co-dominants ont une influence égale, créant une expression des deux traits. Par exemple, si les fleurs violettes et blanches proviennent de gènes à co-dominante, la progéniture résultante pourrait avoir des fleurs avec des taches blanches et violettes.
Probabilités
La présence d'une relation dominante-récessive entre deux allèles peut être démontrée par les probabilités de caractéristiques différentes chez la progéniture. Par exemple, considérons un allèle de couleur pourpre, P, dans une plante croisée avec une plante de couleur blanche, W. La descendance résultante peut avoir l’une des trois combinaisons d’allèles possibles: PP, PW et WW. Seule la plante WW aura des fleurs blanches, car W est récessif pour P. La probabilité de trois combinaisons est respectivement de 25, 50 et 25%. Par conséquent, les chances d'obtenir une progéniture à fleurs pourpres sont de 75%.
Autres relations
Une autre relation d'allèle, incomplète ou semi-dominante, se distingue de la co-dominance. Si les couleurs des fleurs pourpres et blanches sont des allèles semi-dominants, une progéniture de PW sera colorée en violet pâle, un mélange des deux traits. La co-domination aurait produit des fleurs tachetées à la place. L'épistase est une interaction entre des allèles de différents gènes. Par exemple, une espèce végétale peut avoir une paire d'allèles pour la couleur et une autre paire pour l'expression de la couleur. Si une plante possède deux gènes récessifs pour l'expression de la couleur, la couleur de la fleur sera blanche, quelle que soit la composition des allèles de couleur.