CHAPITRE 4 : De Mendel à la théorie chromosomique de l'hérédité

Extrait de la couverture de la revue "Les génies de la Science", mai-juillet 2008

Johann Gregor Mendel (1822-1884)), moine dans le monastère de Brno (en Moravie) et botaniste tchèque germanophone, est communément reconnu comme le père fondateur de la génétique. Il est à l'origine de ce qui est aujourd'hui appelé "les lois de Mendel", qui définissent la manière dont les gènes se transmettent de génération en génération. Ses travaux, bien que publiés en 1866 ne seront scientifiquement acceptés que 34 ans plus tard (1900)...

Pb : En quoi les travaux de Mendel ont-ils permis une avancée majeure dans la compréhension des mécanismes de l'hérédité ?

I- Le contexte scientifique en 1850

1- Des questions scientifiques en suspens...

Manuel de SVT p86-87 : questions 1, 2, 3

... sur la fécondation : On a observé depuis 1855 la participation d'une cellule mâle et d'une cellule femelle à la fécondation chez une algue, mais on ne sait pas comment se passe la reproduction chez les plantes à fleurs. ... sur l'hérédité : On pense que les cellules reproductrices sont formées de minuscules granules issus de toutes les parties du corps et qu'elles contiennent les structures préformées des différents organes, transmises à la descendance (hérédité directe = théorie des préformationnistes). On admet aussi que le père et la mère contribuent à parts égales à la formation du nouvel individu qui possède ainsi les caractères intermédiaires entre ceux de ses parents (hérédité par mélange), comme ceux que l'on pouvait observer chez les métis.

Remarque : à cette époque, on n'avait aucune connaissance de la notion de support matériel de l’information héréditaire (chromosomes, gènes, allèles sont des notions inconnues de Mendel). Il faudra attendre 1953 pour la découverte de l'ADN et 1961 pour les preuves du rôle joué par cette molécule...

2- L'hybridation : une technique déjà connue à l'époque

Edmond Albius Esclave et orphelin de naissance, il est recueilli par Féréol Bellier Beaumont puis initié par lui à l'horticulture et à la botanique. S'il n'est pas à l'origine de la première fécondation artificielle de la vanille (effectuée par Charles Morren en 1836), c'est lui qui, en 1841 et alors qu'il n'a que douze ans, en découvre le procédé pratique de pollinisation, un procédé qui révolutionne la culture de cette épice[2] et permet à La Réunion de devenir pour un temps le premier producteur mondial

Charles Morren Après des études à Gand et à Bruxelles, il obtient un titre de docteur en 1829. En 1833, il enseigne la physique à l’université de Gand puis la botanique à l'université de Liège. Il dirige également le jardin botanique de Liège. Il est célèbre pour avoir découvert la fécondation artificielle de la vanille en 1836.

TP : dissection d'une fleur d'ajonc

Fleur sur un rameau	Fruit fermé = gousse = légume	Fruit mûr ouvert
2 sépales, 4 pétales, 10 étamines soudées au pistil	Pistil après avoir retiré les pétales et les étamines...	Ovules dans un pistil ouvert

II- La démarche scientifique de Mendel

1- Les motivations de Mendel

Analyse de l'introduction de son mémoire intitulé "Recherches sur les hybrides végétaux" publié en 1866 :

"C’est en procédant, sur des plantes d’agrément, à des fécondations artificielles destinées à obtenir de nouveaux coloris, que l’on a été amené aux recherches qui vont être exposées ici. La régularité remarquable avec laquelle revenaient les mêmes formes hybrides, toutes les fois que la fécondation avait lieu entre les mêmes espèces, donna l’idée de nouvelles expériences dont le but serait de suivre les hybrides dans leur descendance"... G.Mendel, 1866

Remarque :

Mendel travaille dans un contexte d'amélioration de production végétale et non pas de recherche au sens strict, c'est à dire de compréhension des mécanismes impliqués dans les phénomènes observés.

Pb : Comment Mendel a t-il réalisé ces expériences et quels résulats a t-il obtenu ?

2- Les expériences portant sur un seul caractère : le monohybridisme

Manuel de SVT p90, 91 : questions 1, 2, 3

Un matériel de choix pour l'expérimentation : le pois.

Source : http://www.svt.ac-aix-marseille.fr/pourspip/genetiques/p1.htm

Avantages du pois :

- nombreux caractères différentiels distincts et stables (constants)

- autofécondation : fécondation contrôlable de par la structure de la fleur

- les hybrides sont fertiles : ils donnent des graines (ce qui n'est pas le cas de toutes les espèces végétales, telle la primevère)

- beaucoup de graines produites (7 par fruit)

- cycle de reproduction relativement court

Résultats :

Remarque : Mendel a aussi observé des variations de certains caractères telle la taille du fruit ou des graines mais il a écarté ces caractères qui ne sont pas nets.

3- Les expériences portant sur deux caractères : le dihybridisme

Par commodité, Mendel eut le premier l'idée d'attribuer des lettres aux caractères et aux éléments qui les portent. Il choisit : A = forme lisse a = forme ridée B = couleur jaune b = couleur verte Rappel : les notions de gène et d'allèle sont totalement inconnues de Mendel! Face à ce résultat, Mendel formule l'hypothèse que les hybrides F1 possèdent diverses combinaisons d'éléments A, a, B, b en quantités égales. Pour le vérifier il décide de croiser une F1 avec une plante de lignée pure ab et obtient : 24 graines AB 25 graines Ab 22 graines aB 27 graines ab Conclusion : les cellules polliniques ou ovulaires contiennent en égale proportion les combinaisons suivantes : AB, Ab, aB, ab

Remarque : cette affirmation aurait été inexacte dans le cas de caractères gouvernés par des gènes liés. Le hasard a fait qu'il n'a étudié que des caractères gouvernés par des gènes non liés!

Pb : Mendel a montré clairement que l'hérédité ne se fait pas par mélange et il a apporté cette notion fondamentale d'hérédité particulaire. Pourtant, ses travaux sont tombés dans l'oubli pendant 35 ans. Quelles nouvelles découvertes ont conduit les scientifiques à reconsidérer les travaux remarquables de Mendel ?