Exercices: L'hérédité non mendélienne

Chez la belle-de-nuit (Mirabilis jalapa), une plante à fleurs rouges est croisée avec une plante à fleurs blanches et toute la F1 a des fleurs roses. Indiquer les génotypes de la génération parentale et de la F1, et expliquer pourquoi ce résultat ne contredit pas les lois de Mendel bien qu'un nouveau phénotype apparaisse en F1.

Expliquer ce qu'est la codominance et en quoi elle diffère de la dominance incomplète, en donnant un exemple de chaque type d'hérédité.

On croise entre elles deux plantes de belle-de-nuit à fleurs roses. Indiquer les génotypes des parents, les gamètes qu'ils forment et les proportions génotypiques et phénotypiques attendues dans la descendance.

Chez certaines races bovines, le croisement entre un taureau au pelage rouge et une vache au pelage blanc produit des veaux au pelage rouan (mélange de poils rouges et blancs). Indiquer les génotypes des trois phénotypes et expliquer pourquoi on dit que les deux allèles sont codominants.

Une personne du groupe sanguin A a un père du groupe O. Déduire le génotype de cette personne pour le système ABO et le justifier.

Indiquer quel est l'unique génotype possible d'une personne du groupe sanguin O et tous les génotypes possibles d'une personne du groupe AB. Expliquer quelles relations de dominance existent entre les allèles du système ABO.

Qu'est-ce qu'une série allélique ou polyallélisme ? Expliquer combien d'allèles différents du système ABO existent dans la population humaine et combien chaque individu peut en posséder au maximum, en justifiant la réponse.

On croise une plante de belle-de-nuit à fleurs roses avec une plante à fleurs blanches. Indiquer les génotypes des parents et les proportions génotypiques et phénotypiques attendues dans la descendance.

Un homme du groupe sanguin A et une femme du groupe B ont un enfant du groupe O. a) Déduire les génotypes des deux parents. b) Calculer la probabilité que leur prochain enfant soit du groupe AB. c) Indiquer tous les groupes sanguins que peuvent présenter les descendants de ce couple et avec quelle probabilité chacun apparaîtra.

Un couple dont les deux conjoints sont du groupe sanguin A a un enfant du groupe O. a) Expliquer comment ce résultat est possible. b) Déduire les génotypes des parents et de l'enfant. c) Indiquer quels groupes sanguins peuvent présenter les autres enfants et lequel ne peut apparaître en aucun cas.

Chez le muflier (Antirrhinum majus), la couleur de la fleur présente une dominance incomplète : rouge, rose ou blanche. a) Indiquer les proportions phénotypiques attendues en F2 obtenue par autofécondation de plantes roses. b) Calculer les proportions attendues en croisant une plante rose avec une plante rouge. c) Expliquer pourquoi, en dominance incomplète, les proportions phénotypiques et génotypiques de la F2 coïncident.

Chez la souris, l'allèle $A^y$ produit un pelage jaune et est dominant sur l'allèle du pelage agouti (A), mais les souris homozygotes $A^y A^y$ meurent dans les premières phases du développement. On croise entre elles deux souris jaunes. a) Indiquer les proportions phénotypiques attendues parmi les souris qui naissent vivantes. b) Expliquer pourquoi on n'obtient pas la proportion 3:1 caractéristique du monohybridisme. c) Indiquer le nom donné aux allèles comme $A^y$.

Chez les bovins au pelage rouan, on croise entre eux un taureau rouan et une vache rouanne. a) Indiquer les proportions phénotypiques et génotypiques attendues parmi les veaux. b) Expliquer si un couple formé d'un taureau rouge et d'une vache blanche peut avoir un veau rouge, en justifiant la réponse par les génotypes.

Une femme du groupe sanguin AB et un homme du groupe O ont des enfants. a) Indiquer les génotypes des deux parents. b) Calculer quels groupes sanguins leurs enfants peuvent présenter et avec quelle probabilité. c) Expliquer pourquoi aucun enfant de ce couple ne peut être du groupe O ni du groupe AB.

Chez le lapin, la couleur du pelage dépend d'une série de quatre allèles : $c^+$ (sauvage), dominant sur tous les autres ; cch (chinchilla), dominant sur les deux suivants ; ch (himalayen), qui ne domine que le dernier ; et c (albinos), récessif face à tous. On croise un lapin chinchilla de génotype cch ch avec une lapine himalayenne de génotype ch c. a) Indiquer les proportions phénotypiques attendues dans la descendance. b) Indiquer quels phénotypes de la série ne peuvent pas apparaître dans cette descendance. c) Calculer combien de génotypes différents sont possibles dans la population pour ce caractère.

Chez la poule andalouse, la couleur du plumage montre une dominance incomplète : les individus BB sont noirs, les Bb bleutés et les bb blancs. On croise entre elles deux poules bleutées. a) Indiquer les proportions phénotypiques attendues dans la descendance. b) Expliquer pourquoi les aviculteurs ne parviennent pas à obtenir une lignée pure de poules bleutées donnant toujours une descendance bleutée.

Chez le pois de senteur (Lathyrus odoratus), le développement de la couleur pourpre des pétales dépend de deux gènes indépendants (C/c et P/p) intervenant dans une voie métabolique séquentielle :

Précurseur incolore --(Enzyme 1, gène C)--> Substance intermédiaire incolore --(Enzyme 2, gène P)--> Pigment pourpre.

Les allèles c et p codent des enzymes défectueuses non fonctionnelles. La présence d'au moins un allèle dominant aux deux locus est indispensable pour achever la voie ; tout blocage produit des fleurs blanches.

1. a) On croise deux lignées pures différentes à fleurs blanches (lignée A et lignée B). Étonnamment, toute la F1 obtenue (100 %) présente des fleurs pourpres. Déduire en justifiant les génotypes de la lignée A, de la lignée B et de la F1.
2. b) L'autofécondation de la F1 donne une F2. Si l'on sélectionne au hasard une plante à fleur blanche de cette F2, calculer la probabilité qu'elle porte au moins un allèle dominant fonctionnel. Détailler la répartition génotypique de l'ensemble des plantes blanches pour justifier le calcul.
3. c) En laboratoire, on plonge des pétales de fleurs blanches de la lignée A et de la lignée B dans une solution contenant la « substance intermédiaire incolore ». Au bout de 2 heures, les pétales de la lignée A deviennent pourpres, tandis que ceux de la lignée B restent incolores. Interpréter cet essai biochimique en déduisant quel gène défectueux possédait chacune des deux lignées et confirmer si l'attribution génotypique de la question a) est cohérente ou doit être modifiée.

Un éleveur de chats affirme avoir obtenu, après des années de sélection, une lignée pure de chats Manx (sans queue) qui, croisés entre eux, ne donnent que des descendants sans queue. Un audit analyse les registres de 40 portées issues de ces croisements et constate trois faits : 1) la taille moyenne des portées est de 3,1 chatons vivants contre les 4,2 habituels chez les chats domestiques ; 2) parmi les 124 chatons nés vivants, 82 n'ont pas de queue et 42 ont une queue normale ; et 3) lors d'autopsies de femelles reproductrices décédées, on détecte des embryons résorbés à un stade précoce de la gestation.

1. a) Réfuter, sur une base génétique, l'affirmation de l'éleveur et déterminer le génotype réel de ses reproducteurs.
2. b) Justifier, à l'aide du croisement correspondant, si les données observées (82 sans queue : 42 avec queue) sont compatibles avec le modèle d'un allèle létal et calculer les proportions phénotypiques théoriques attendues parmi les nés vivants.
3. c) Concevoir une stratégie de croisement permettant à l'éleveur d'obtenir la proportion maximale possible de chatons Manx parmi les nés vivants sans mortalité embryonnaire. Justifier la proposition en indiquant génotypes et proportions.

Dans un programme de recherche sur Antirrhinum majus, on croise une plante à fleurs roses et feuilles lisses avec un autre parent de phénotype inconnu. Dans la descendance (F1) de 320 individus, on obtient exactement six classes phénotypiques avec les effectifs suivants :

• 61 plantes à fleur rouge et feuille lisse.

• 20 plantes à fleur rouge et feuille ridée.

• 118 plantes à fleur rose et feuille lisse.

• 41 plantes à fleur rose et feuille ridée.

• 59 plantes à fleur blanche et feuille lisse.

• 21 plantes à fleur blanche et feuille ridée.

Sachant que la couleur de la fleur est due à un gène à dominance incomplète ($R_1$ fleur rouge, $R_2$ fleur blanche) et la forme de la feuille à un gène autosomique indépendant à dominance complète ($L$ lisse sur $l$ ridée) :

1. a) Déduire et justifier le génotype et le phénotype du parent inconnu.
2. b) Interpréter les données numériques en décomposant la ségrégation de chaque caractère séparément et démontrer qu'elles sont conformes aux proportions théoriques attendues.
3. c) Si un agriculteur voulait obtenir un lot où 100 % des plantes ont des fleurs roses et 50 % des feuilles ridées, quel croisement précis devrait-il prévoir ? Justifier les génotypes parentaux choisis.

Lors d'une étude hématologique préalable à une greffe de moelle, on détermine le groupe sanguin du système ABO d'une famille. Les deux parents sont du groupe sanguin AB ; pourtant, l'un de leurs enfants biologiques (confirmé par des marqueurs microsatellites d'ADN) présente le phénotype groupe O. Un étudiant stagiaire affirme que les résultats indiquent nécessairement une erreur de laboratoire ou un échange de nouveau-nés, car « il est biologiquement impossible que deux parents AB aient un enfant du groupe O ». Il faut tenir compte du fait que, outre le gène $I$, intervient un gène $H$ : son allèle dominant $H$ code l'enzyme qui synthétise la substance H, précurseur sur lequel agissent les transférases codées par $I^A$ et $I^B$, tandis que l'allèle récessif $h$ n'est pas fonctionnel.

1. a) Réfuter l'affirmation de l'étudiant en expliquant le phénomène génétique (épistasie et phénotype Bombay) qui rend ce résultat compatible. Indiquer les génotypes complets des parents et de l'enfant pour les deux gènes impliqués ($I$ et $H$).
2. b) Si les deux parents sont hétérozygotes pour le gène $H$, calculer la probabilité qu'ils aient un deuxième enfant manifestant phénotypiquement le groupe AB.
3. c) Si cet enfant de phénotype Bombay subissait une hémorragie grave et nécessitait une transfusion urgente de concentré de globules rouges, expliquer en justifiant s'il pourrait recevoir du sang de ses parents (groupe AB) ou d'un donneur du groupe O standard.

Chez les souris, la synthèse de la couleur du pelage suit une voie métabolique séquentielle dépendant de deux gènes indépendants :

Précurseur incolore --(Enzyme 1, gène C)--> Pigment noir --(Enzyme 2, gène A)--> Pigment agouti

Les allèles récessifs mutés ($c$ et $a$) produisent des enzymes non fonctionnelles. L'allèle $C$ est indispensable pour synthétiser un pigment quel qu'il soit (l'homozygote $cc$ est albinos). L'allèle $A$ convertit le pigment noir en agouti, tandis que l'homozygote $aa$ conserve la couleur noire uniforme.

On croise un mâle albinos avec une femelle noire et l'on obtient une descendance F1 dont tous les individus sont agoutis. En croisant entre eux les individus de la F1, on relève en F2 : 62 souris agoutis, 22 noires et 28 albinos.

1. a) Déduire les génotypes des parents initiaux (P) et des individus de la F1, en justifiant si les effectifs de la F2 concordent avec la proportion théorique de cette voie.
2. b) Expliquer le type d'interaction génique (épistasie) qui s'établit et justifier pourquoi une souris de génotype $ccAA$ est complètement albinos et ne manifeste pas le phénotype agouti.
3. c) Si l'on choisit au hasard une souris albinos de la F2 et qu'on la croise avec une souris noire hétérozygote pour le gène de la pigmentation ($Ccaa$), calculer la probabilité globale d'obtenir une descendance au pelage agouti, en tenant compte des fréquences des différents génotypes possibles parmi les albinos de la F2.

Dans une colonie de souris, on étudie l'allèle $A^y$, dominant sur l'allèle sauvage agouti ($A$) pour la couleur jaune du pelage, mais létal récessif au début du développement embryonnaire. Une équipe de recherche recueille les données expérimentales suivantes :

• Expérience 1 : En croisant des souris jaunes entre elles, la taille moyenne des portées à la naissance est de 6 petits vivants (4 jaunes et 2 agoutis).

• Expérience 2 : En croisant des femelles jaunes avec des mâles agoutis, la taille moyenne des portées à la naissance est de 8 petits vivants.

1. a) Interpréter et justifier la différence de taille moyenne des portées entre les deux expériences, et calculer le pourcentage de perte embryonnaire théorique dans l'expérience 1.
2. b) Un éleveur soutient qu'en croisant de façon continue des souris jaunes avec des souris agoutis et en ne sélectionnant que les descendants jaunes pendant dix générations, il obtiendra une lignée pure de souris jaunes homozygotes exempte de létalité. Réfuter, en justifiant, la proposition de l'éleveur.
3. c) Si, dans une recherche biotechnologique, on analyse 300 blastocystes précoces obtenus in vitro du croisement jaune $\times$ jaune avant l'implantation et la mort embryonnaire, prévoir en justifiant le nombre d'embryons attendus pour chacun des génotypes possibles.

Dans la maternité d'un hôpital, une confusion survient entre deux nouveau-nés après une évacuation d'urgence. On analyse le sang des deux couples parentaux et des deux bébés pour les systèmes ABO et MN (ce dernier déterminé par un gène à deux allèles codominants, $M$ et $N$) :

• Couple 1 : mère (groupe A, phénotype M) ; père (groupe B, phénotype MN).

• Couple 2 : mère (groupe O, phénotype N) ; père (groupe AB, phénotype N).

• Bébé X : groupe A, phénotype MN.

• Bébé Y : groupe B, phénotype N.

1. a) Attribuer sans ambiguïté chaque bébé à son couple en justifiant en détail les génotypes compatibles et incompatibles de chaque famille pour les deux caractères.
2. b) Déterminer les génotypes complets possibles des parents du couple 1 et, en supposant que la mère est hétérozygote pour le système ABO, calculer la probabilité que leur prochain enfant soit du groupe O et de phénotype MN.
3. c) Comparer, aux niveaux moléculaire et fonctionnel, la codominance du système MN avec la relation de dominance/codominance du système ABO, en expliquant pourquoi, dans le système MN, il n'existe jamais de phénotypes récessifs masqués.

Chez une espèce de rongeur de laboratoire, la couleur du pelage présente trois phénotypes possibles (noir, gris et blanc) et la répartition du pigment peut être uniforme ou présenter des taches blanches. On réalise deux croisements contrôlés :

• Croisement 1 : deux individus gris tachetés sont croisés entre eux et produisent une descendance de 6 phénotypes différents dans la proportion 6:3:3:2:1:1.

• Croisement 2 : on prend une femelle grise tachetée de la descendance précédente et on la croise avec un mâle blanc uniforme. La portée obtenue présente une ségrégation phénotypique de 1/4 gris tachetés, 1/4 gris uniformes, 1/4 blancs tachetés et 1/4 blancs uniformes.

1. a) Déterminer le mode de transmission des deux caractères, définir la nomenclature allélique et déduire en justifiant les génotypes des parents du croisement 1.
2. b) Démontrer mathématiquement comment se forme la proportion 6:3:3:2:1:1 dans le croisement 1 en combinant les ségrégations individuelles de chaque locus.
3. c) Déduire le génotype de la femelle utilisée dans le croisement 2 et justifier si ce second croisement constitue un croisement-test strict pour les deux gènes.