L'expression de l'information génétique

Chaque être vivant et chaque cellule est doté d’un mécanisme lui permettant d’exprimer l’information génétique qui se localise dans le noyau de chacune de ses cellules : ce sont les caractères héréditaires.

On considère le caractère héréditaire tout critère observable (tel que la couleur des yeux) ou mesurable (tel que le diabète) chez l’être vivant (ou la cellule)

• Comment identifier la relation entre l’information génétique et les caractères héréditaires ?
• Quel serait le mécanisme par lequel se fait l’expression de l’information génétique ?

Notions de base

le caractère héréditaire et le phénotype.

L’ensemble des individus appartenant à l’espèce humaine présentent les mêmes critères morphologiques tels que la couleur des yeux, et ce sont des critères que la génération suivante les hérite de la précédente : on appelle l’ensemble de ces critères qui peuvent être soit observables ou parfois mesurables des Caractères Héréditaires.

La mutation

Données expérimentales

Au cours des expériences et manipulations concernant la génétique, on utilise de façon fréquente les bactéries Escherichia coli comme matériel expérimental (du fait des caractéristiques particulières qu’on aura l’occasion d’étudier dans le chapitre du génie génétique)

On trouve dans la nature plusieurs formes d’E. coli dont les deux suivantes :

1. E.coli StrepR : forme résistante à la streptomycine (antibiotique)
2. E.coli StrepS : forme sensible à la streptomycine.

انتباه

Une forme résistante d’une bactérie à un antibiotique signifie que cette bactérie  peut survivre dans un milieu contenant cet antibiotique (= Substance capable de stopper la multiplication des bactéries et de lutter contre les maladies infectieuses), or une forme sensible d’une bactérie à un antibiotique signifie que cette bactérie ne peut pas survivre dans un milieu contenant cet antibiotique (càd il empêche sa multiplication).

On implante dans deux milieux de culture des bactéries Escherichia coli StrepS :

La manipulation et les résultats sont représentés dans la figure suivante : 

Remarque : le clone est un ensemble de cellules identiques et issues de la même cellule mère suite à des mitoses successives.

On observe :

• Dans le milieu appauvri en streptomycine : multiplication accentuée des E. coli et formation des clones.
• Dans le milieu riche en streptomycine : faible multiplication des E. coli.

Le premier milieu est témoin, du fait de l’absence de l’agent destructeur des bactéries (la streptomycine).

Dans le deuxième milieu, les bactéries devaient être détruites du fait de la présence de la streptomycine à laquelle les bactéries ne peuvent résister (les bactéries utilisées sont de type Sensible à la streptomycine StrepS).

La survie de quelques bactéries StrepS dans le deuxième milieu malgré la présence de la streptomycine implique l’acquisition d’un nouveau « caractère » qui n’existait pas à l’origine : la résistance à la streptomycine et ainsi, les bactéries qui ont pu survivre doivent être du type StrepR.

Cette modification du caractère héréditaire (du non résistant au résistant) s’est faite de façon subite et inattendue : c’est la mutation.

Lorsqu’on implante les bactéries mutantes dans un nouveau milieu de culture, elles prolifèrent et engendre des bactéries qui lui sont toutes identiques et sont toutes du type StrepR : ce sont les clones.

La mutation est donc héréditaire, ce qui implique que l’origine de la mutation est au niveau du matériel génétique (ADN) et que la modification du caractère n’est que l’expression de « l’altération » de l’ADN.

le gène et l’allèle

Dans l’objectif d’identifier la relation entre la modification génétique et l’acquisition d’un nouveau caractère lors de la mutation, on présente les données suivantes :

Les caractères héréditaires sont, ainsi, contrôlés par des séquences au niveau de la molécule d’ADN au niveau du noyau. Le caractère héréditaire « LA RESISTANCE A LA STREPTOMYCINE » est contrôlé par une seule séquence d’ADN et au même niveau de l’ADN : on appelle cette séquence UN GENE.

Or, ce gène se trouve sous deux formes (deux allèles) :

• Une forme contrôlant l’aspect RESISTANT du caractère chez la StrepR. (Phénotype)
• Une forme codant l’aspect SENSIBLE à la streptomycine chez la StrepS.

On en conclu donc que chaque caractère est contrôlé par un seul gène et que chaque allèle contrôle l’un des différents phénotypes du caractères.

Ainsi, une relation s’impose entre le gène qui se localise au niveau de l’ADN (dans le noyau) et le caractère identifiable à l’extérieur de la cellule (et du corps).

La relation gène-protéine-caractère