Gregor Mendel
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Johann Gregor Mendel, moine et botaniste autrichien (1822-1884) 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 générations en générations.
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Biographie
Johann Gregor Mendel naît le 22 juillet 1822 à Heinzendorf (Hynčice, district Nový Jičín), petit village de Moravie, dans une famille de paysans. Doué pour les études, le jeune garçon est très vite remarqué par le curé du village qui décide de l’envoyer poursuivre ses études loin de chez lui. En 1840, il rejoint l’Institut de Philosophie d’Olomouc afin d’y suivre deux années préparatoires à l’entrée à l’Université. En septembre 1843, Mendel est reçu au noviciat du monastère de Brno ; il sera ordonné prêtre en 1848. Dès son arrivée au monastère, Mendel sent tout ce qu’un milieu culturel particulièrement stimulant peut apporter à ses aspirations. Il consacre tout son temps libre à l’étude des sciences naturelles. Parallèlement, il assure des enseignements scientifiques dans les collèges et lycées des environs.
Mendel part en 1851 pour suivre les cours de l’Institut de Physique de Johann Christian Doppler ; il y étudie, en plus des matières obligatoires, la botanique, la physiologie végétale, l’entomologie, la paléontologie. Durant deux années, il acquiert toutes les bases méthodologiques qui lui permettront de réaliser plus tard ses expériences. Au cours de son séjour à Vienne, Mendel est amené à s’intéresser aux théories de Franz Unger, professeur de physiologie végétale. Celui-ci préconise l’étude expérimentale pour comprendre l’apparition des caractères nouveaux chez les végétaux au cours de générations successives. Il espère ainsi résoudre le problème que pose l’hybridation chez les végétaux.
De retour au monastère, Mendel installe un jardin expérimental dans la cour et met sur pied un plan d’expériences visant à expliquer les lois de l’origine et de la formation des hybrides. Après dix années de travaux minutieux, Mendel a ainsi posé les bases théoriques de la génétique et de l’hérédité moderne. En 1868, Mendel est élu supérieur de son couvent. Obligé de consacrer beaucoup de son temps aux devoirs de sa charge, il abandonne ses recherches très poussées sur l’hybridation des végétaux. Il s’investit alors dans d’autres domaines plus compatibles avec ses obligations, notamment l’horticulture et l’apiculture. Il se passionne également pour la météorologie qui sera le domaine qu’il aura le plus longtemps étudié, de 1856 jusqu’à sa mort en 1884.
Les lois de Mendel
Les connaissances antérieures
- Les travaux, avant Mendel, pour tenter de comprendre les mécanismes de l’hérédité furent un échec. La raison en est que les hybrideurs travaillaient comme ils avaient toujours travaillé c’est-à-dire par essais et erreurs. Ils croisaient des individus présentant des caractères différents et choisissaient dans la descendance ceux qui correspondaient le mieux aux desiderata. Or ces procédures, très efficaces par ailleurs en sélection depuis l’origine préhistorique de l’élevage et de l’agriculture, ne permettaient pas une prédictivité des résultats et donc l’énoncé de lois.
- L'ensemble de la communauté scientifique de l'époque soutenait le modèle de l'hérédité par mélange où les caractères possédés par un individu étaient intermédiaires entre ceux de ces deux parents (le croisement d'un parent blanc et d'un parent noir donnant par exemple un individu gris ou blanc et noir).
Les méthodes
Mendel va choisir les géniteurs de façon différente. Tout d’abord il adopte comme modèle expérimental les pois (Pisum sativum), plantes à fleurs dont la reproduction naturelle se fait par autofécondation, permettant de contrôler l’hybridation et de produire rapidement un grand nombre de descendants.
- Il choisit d’étudier l’hérédité de 8 caractères différents ne présentant que 2 formes alternatives. Par exemple, la «forme du pois» (caractère phénotypique régit par un seul gène) qui existe selon deux variantes : graine lisse ou graine ridée (expression phénotypique de chacun des 2 allèles du gène que Mendel nomme facteur).
- Les pois se reproduisant naturellement par autofécondation, il arrive donc à sélectionner des lignées pures dont tous les individus possèdent toujours la même forme alternative, soit une lignée parentale à graines lisses (que l'on appellera P1, pour la suite du raisonnement) et l'autre à graines ridées (que l'on appellera P2). Il s'agit donc d'individus homozygotes pour le gène considéré, ils ne possèdent qu'un seul type d'allèle.
- Le croisement se fait en déposant du pollen d'une fleur de la lignée P1 sur le pistil d'une fleur de la lignée P2 (à laquelle il avait enlevée les étamines pour éviter tous risques d'autofécondation). Il prend le soin de réaliser des fécondations réciproques (pollen de P2 sur pistil de P1) pour voir si les résultats sont identiques.
- Les individus obtenus par croisement de P1 et de P2 sont donc des hybrides (que l'on note habituellement F1). Une deuxième génération appelée F2 est produite par reproduction naturelle (autofécondation)des F1.
- Il étudie successivement des lignées pures différant par un seul caractère (monohybridisme) puis deux (dihybridisme) et enfin trois (trihybridisme).
Les résultats
- Pour la totalité des caractères étudiés, 100 % des hybrides obtenus sont identiques. Par exemple, le croisement d'un pois à graines lisses (P1) et d'un pois à graines ridées (P2) donne toujours une génération F1 où tous les individus sont des pois à graines lisses. Le facteur « graines ridées » est donc récessif par rapport au facteur « graines lisses » (qui est qualifié de dominant). C'est la première loi de Mendel dite d'uniformité des hybrides.
- En F2 (génération obtenue par autofécondation de F1), on peut démontrer par des expériences de croisement-test, l'existence de trois génotypes différents :
- 50 % d'hétérozygotes (un allèle dominant associé à un allèle récessif) identiques aux parents (F1 = hybride),
- 25 % d'homozygotes dominants, de phénotype identique à celui des F1,
- 25 % d'homozygotes récessifs de phénotype différent de celui des F1.
C'est la deuxième loi de Mendel ou loi de disjonction des allèles qui est le résultat de la méiose.
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- En dihybridisme la distribution composite des 2 caractères (quatre phénotypes) est la combinaison de deux distributions monohybridiques indépendantes 3/4 [A] et 1/4 [a]
soit 9/16 [AB] 3/16 [Ab] 3/16 [aB] 1/16 [ab].
C’est la troisième loi de Mendel dite d'indépendance des caractères qui n'est pas applicables aux gènes liés.
Les résultats de trihybridismes (8 phénotypes) se prédisent aisément : 27 [ABC] 9 [ABc] 9 [AbC] 3 [Abc] 9 [aBC] 3 [aBc] 3 [abC] 1 [abc].
En conclusion, Mendel propose que les caractéristiques héréditaires des vivants sont gouvernées chacune par une double commande (une paire d'allèles) et que seule une sur deux est transmise au descendant par chaque parent. C’est le fondement de la génétique qui va démarrer au début du XXe siècle. Du même coup, avec les premiers pas d’une biologie quantitative se développeront les statistiques . Il publie ses travaux en 1865 dans « Experiments in Plant Hybridization ».
Redécouverte des lois de Mendel
Au début du XXe siecle, Hugo de Vries, Carl Correns et Erich von Tschermak redécouvrent l'importance des travaux réalisés par Mendel. Ses résultats sont rapidement répliqués et validés. Cependant une période de controverse scientifique initiée principalement par William Bateson et Karl Pearson s'est ensuivie a propos de l'importance de la théorie mendélienne. En 1918, Ronald Fischer utilise la génétique mendélienne pour établir la base théorique de la synthese moderne de la biologie évolutive.
Les travaux de Gregor Mendel font par la suite l'objet d'un discrédit: le statisticien Ronald Fischer analysant les résultats de F1 (premiere filiation) pour trouver un ratio peu plausiblement exact de 3 pour 1. Mendel est accusé d'avoir enjolivé ses résultats (en ne connaissant pas l'importance du test en aveugle).
Sources
- http://www.infoscience.fr/histoire/portrait/mendel.html
- http://www.fundp.ac.be/bioscope/1886_mendel/mendel.html