La diversité des phénotypes

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1. Qu'appelle-t-on phénotype et génotype ?
• Le phénotype est l'ensemble des caractéristiques observables ou détectables d'un organisme, qu'elles soient qualitatives ou quantitatives, héréditaires ou non. Le génotype désigne l'ensemble des gènes d'un individu, comprenant leurs différentes formes alléliques parmi celles présentes dans la population.
• Dans l'espèce humaine, seuls les jumeaux monozygotes ont les mêmes allèles, donc le même génotype. Toutefois, leur phénotype n'est jamais identique car sa réalisation à partir du génotype est influencée par l'environnement et par l'histoire individuelle. En dehors de ce cas, les organismes ayant strictement le même génotype sont des clones et résultent soit d'une reproduction asexuée naturelle, soit du transfert artificiel d'un noyau dans une cellule énucléée.
• Dans les travaux de génétique où l'on travaille sur quelques caractères seulement, on parle de phénotype et de génotype dans un sens plus restreint qui correspond uniquement aux caractères étudiés et aux allèles correspondants.
• Le nombre de gènes dans l'espèce humaine est d'une trentaine de milliers : les différents allèles des différents gènes conduisent à un nombre incommensurable de génotypes et de phénotypes possibles.
2. Quels sont les niveaux d'expression du phénotype ?
• Le phénotype s'exprime à tous les niveaux du vivant, depuis le niveau moléculaire jusqu'au niveau des populations. En effet, toutes les caractéristiques d'un être vivant ont une composante génétique, même si leur expression dépend également toujours en partie de l'environnement. Ainsi, dans l'organisation d'une ruche, le sexe mâle ou femelle est déterminé génétiquement, mais la destinée des femelles (ouvrière stérile ou reine fertile) est déterminée par la qualité de la nourriture.
• Dans l'espèce humaine, on s'intéresse particulièrement aux maladies génétiques : on en connaît près de 10 000 aujourd'hui parmi les 30 000 gènes répertoriés ; elles sont souvent difficiles à soigner.
• Le phénotype d'une maladie génétique s'exprime :
  • au niveau de l'organisme par des dysfonctionnements physiologiques ou des anomalies morphologiques (phénotype macroscopique ou phénotype clinique) ;
  • au niveau des cellules qui constituent l'organisme (phénotype cellulaire) ;
  • au niveau des molécules qui constituent les cellules et sont responsables de leur fonctionnement (phénotype moléculaire).
3. Comment les caractères phénotypiques s'expriment-ils ?
• Les gènes s'expriment d'abord sous forme de protéines. Les allèles d'un gène (variant par leur séquence nucléotidique) codent des protéines qui diffèrent par leur structure primaire : en effet, la séquence des acides aminés d'une protéine est dictée par la séquence nucléotidique du gène.
• Il existe vingt acides aminés entrant dans la constitution des protéines de tous les êtres vivants (acides aminés protéinogènes). La séquence des acides aminés détermine la structure spatiale de la protéine qui conditionne justement sa fonction.
• Dans les cellules et les organismes, les protéines assurent les principales fonctions : protéines de structure, de transport, de signalisation, etc., mais aussi toutes les enzymes qui rendent possibles les réactions chimiques des cellules.
• Toute modification par mutation de la séquence d'un gène conduit à une modification de la structure primaire de la protéine correspondante. Elle a parfois également pour conséquence une modification de la structure spatiale de la protéine qui change ses propriétés.
• Ainsi, les différentes maladies génétiques sont la conséquence de mutations qui modifient les caractéristiques de diverses protéines. Attention cependant : la majorité des allèles présents dans une population est simplement à l'origine d'une remarquable variabilité phénotypique, sans provoquer de dysfonctionnement particulier.
4. Comment analyser l'exemple de la drépanocytose ?
• La drépanocytose est une hémoglobinopathie particulièrement répandue en Afrique intertropicale. La maladie se manifeste par des globules rouges en forme de faucille (« anémie falciforme ») qui obstruent les capillaires les plus fins car ils sont moins déformables que les hématies normales. Les diverses manifestations cliniques constituent le phénotype macroscopique (ou clinique), tandis que les hématies drépanocytaires constituent le phénotype cellulaire ; le phénotype moléculaire, quant à lui, réside dans une anomalie de l'hémoglobine.
• L'hémoglobine est une protéine tétramérique présente en abondance dans les globules rouges. Sa fonction principale est de transporter l'oxygène moléculaire des poumons aux tissus. Chaque molécule d'hémoglobine est formée de deux sous-unités alpha et de deux sous-unités bêta qui comportent chacune un groupement hème capable de fixer une molécule d'oxygène. Alors que l'hémoglobine normale (HbA) est soluble dans le cytoplasme du globule rouge, l'hémoglobine drépanocytaire (HbS) polymérise en fibres peu déformables quand la tension en dioxygène diminue, notamment dans les capillaires périphériques.
• HbS diffère de HbA par la structure primaire de la chaîne bêta, c'est-à-dire par la séquence d'acides aminés des sous-unités bêta. L'allèle responsable de la drépanocytose a pour origine une mutation ponctuelle du sixième codon du gène. Ansi, l'acide glutamique en position 6 de la chaîne protéique de la globine bêta est remplacé par une valine dans l'hémoglobine S.
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