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Cours : Biologie en secondaire > Chapitre 9

Leçon 4: La génétique post-mendéléenne : Hérédité liée au sexe

Hérédité liée à l'X

Bases chromosomiques de la détermination du sexe. Chromosomes X et Y, liaison à l'X.

Les points clés :

Chez les humains et les autres mammifères, le sexe biologique est déterminé par une paire de chromosomes sexuels : XY chez les mâles et XX chez les femelles.
On dit que les gènes sur le chromosome X sont liés à l'X. Les gènes liés à l'X ont des modèles d'hérédité spécifiques parce qu'ils sont présents en nombres différents chez les femelles (XX) et les mâles (XY).
Les maladies génétiques liées à l'X sont beaucoup plus fréquentes chez les mâles que chez les femelles à cause du modèle d'hérédité lié à l'X.

Introduction

Si vous êtes un être humain (ce qui est très probable !), la plupart de vos chromosomes s'organisent en paires homologues. Les deux chromosomes d'une paire homologue contiennent les mêmes informations de base – c'est-à-dire les mêmes gènes, dans le même ordre –, mais peuvent porter des versions différentes de ces gènes.

Tous vos chromosomes sont-ils organisés en paires homologues ? La réponse dépend de si vous êtes (du point de vue chromosomique) un homme.

Un homme présente deux chromosomes sexuels, le X et le Y. Contrairement aux $44$ ‍ autosomes (chromosomes non sexuels), le X et le Y ne portent pas les mêmes gènes et ne sont pas considérés comme homologues.
À la place d'un X et d'un Y, une femme possède deux chromosomes X. Ces chromosomes X forment une véritable paire homologue.

Parce que les chromosomes sexuels ne constituent pas toujours des paires homologues, les gènes qu’ils portent présentent des modèles d’hérédité uniques et spécifiques.

Les chromosomes sexuels de l'humain

Les chromosomes X et Y humains déterminent le sexe biologique d'une personne, avec XX pour les femmes et XY pour les hommes. Le chromosome Y contient une petite région qui présente des similitudes avec le chromosome X, ce qui leur permet de s'apparier pendant la méiose. Néanmoins, le chromosome Y est considérablement plus court et contient beaucoup moins de gènes.

En chiffres, le chromosome X porte environ

800 - 900

gènes codant des protéines dotées d'une grande variété de fonctions, alors que le chromosome Y ne contient que

60 - 70

gènes codant des protéines, dont la moitié environ ne sont actifs que dans les testicules (organes producteurs de spermatozoïdes)

^{1, 2, 3, 4}

Le chromosome Y humain joue un rôle clé dans la détermination du sexe lors du développement d’un embryon. Cela est principalement dû à un gène appelé SRY ("région du chromosome Y déterminant le sexe"). Le SRY se trouve sur le chromosome Y et encode une protéine qui active les autres gènes requis pour le développement mâle

^{5, 6}

Les embryons XX n'ont pas le gène SRY, et présentent donc un développement femelle.
Les embryons XY portent le SRY et se développent en tant que mâles.

Dans de rares cas, des erreurs au cours de la méiose peuvent transférer le gène SRY du chromosome Y au chromosome X. Si un chromosome X portant le SRY féconde un ovule normal, il produira un embryon féminin (XX) du point de vue chromosomique qui se développera en tant que mâle

^{7}

. Si un chromosome Y sans SRY féconde un ovule normal, il produira un embryon mâle (XY) du point de vue chromosomique qui se développera en tant que femelle

^{8}

Non, pas toutes. Les mécanismes moléculaires de détermination du sexe varient considérablement entre les espèces, même pour celles où un système de détermination sexuelle X-Y est utilisé. Chez la plupart des mammifères placentaires, SRY se trouve sur le chromosome Y et sert à la détermination du sexe. Cependant, le gène SRY n'est pas présent chez les autres espèces dotées de systèmes de détermination du sexe de type X-Y, comme les mouches du vinaigre et d'autres insectes

^{9}

Les chromosomes X et Y ont évolué indépendamment à de multiples reprises

Pour comprendre comment cela est possible, il est utile de garder à l'esprit que "X" et "Y" ne sont que des appellations génériques appliquées aux chromosomes dimorphiques (di- = deux, -morphe = forme), ou dissemblables, que l'on rencontre chez les espèces dotées de systèmes de détermination du sexe de type X-Y

^{10}

. On appelle X le chromosome présent en deux exemplaires chez la femelle et Y, celui qui est jumelé à un seul X chez le mâle. La nature de ces chromosomes — les gènes qu'ils portent et comment ils déterminent l'état mâle ou femelle — peut être très différente entre les espèces.

Les chromosomes sexuels ont évolué indépendamment à plusieurs reprises

^{11}

. Ainsi, bien que les mouches du vinaigre et les humains aient des chromosomes X et Y qui correspondent à la définition ci-dessus, et malgré le fait que les combinaisons des chromosomes XY et XX correspondent, respectivement, à un mâle et à une femelle chez ces deux espèces, le mécanisme de détermination du sexe chez les mouches diffère grandement de celui des humains.

Exemple : Les humains vs les mouches du vinaigre

Chez les humains, comme décrit ci-dessus, le chromosome Y spécifie un mâle par l'action du gène SRY, l'un des régulateurs principaux du développement masculin.

Chez les mouches, la présence d'un seul chromosome X indique un mâle, tandis que la présence de deux X indique une femelle, indépendamment de la présence ou de l'absence du chromosome Y. (Plus précisément, il semble que le sexe soit déterminé par le rapport entre les chromosomes X et les autosomes, avec un ratio

1 : 2

indiquant un mâle et un ratio

2 : 2

indiquant une femelle. Ces ratios sont "mesurés" à travers les niveaux de protéines produites par des gènes spécifiques sur le chromosome X et sur les autosomes.)

^{12}

En raison de ces différences dans les mécanismes de détermination du sexe, une mouche XXY se développera en tant que femelle (voir l'article sur les expériences de Thomas Hunt Morgan), tandis qu'un humain XXY se développera en tant que mâle (il s'agit d'une maladie connue sous le nom de syndrome de Klinefelter ; voir l'article sur les changements chromosomiques à grande échelle).

Gènes liés à l'X

Lorsqu'un gène est situé sur le chromosome X, mais pas sur le chromosome Y, on dit qu'il est lié à l'X. Les gènes liés à l'X présentent des modèles d'hérédité différents de ceux des gènes localisés sur les chromosomes non sexuels (autosomes). C'est parce que ces gènes existent sous un nombre de copies différent chez les mâles et les femelles.

Comme une femelle a deux chromosomes X, elle aura deux copies de chaque gène lié à l'X. Par exemple, chez la mouche du vinaigre Drosophila (qui, comme les humains, a des femelles XX et des mâles XY), le gène de la couleur des yeux appelé blanc se trouve sur le chromosome X, et une mouche femelle aura deux copies de ce gène. Si le gène présente deux allèles différents, par exemple

X^{B}

(dominant, yeux rouges normaux) et

X^{b}

(récessif, yeux blancs), la mouche femelle peut avoir l'un de ces trois génotypes :

X^{B}

X^{B}

(yeux rouges),

X^{B}

X^{b}

(yeux rouges), et

X^{b}

X^{b}

(yeux blancs).

Un mâle a différentes possibilités de génotype par rapport à une femelle. Comme il ne possède qu'un seul chromosome X (jumelé à un Y), il n'aura qu'une seule copie des gènes liés à l'X. Par exemple, dans l'exemple de la couleur des yeux des mouches, les deux génotypes qu'un mâle peut avoir sont

X^{B} Y

(yeux rouges) et

X^{b} Y

(yeux blancs). L'allèle du gène lié à l'X dont la mouche mâle hérite déterminera son apparence, parce qu'il n'a pas d'autre copie du gène — même si l'allèle est récessif chez les femelles. Plutôt que d'être homozygote ou hétérozygote, on dit que les mâles sont hémizygotes pour les gènes liés à l'X.

On peut voir comment la liaison au sexe altère les modèles d'hérédité en considérant un croisement entre deux mouches, une femelle aux yeux blancs (

X^{b} X^{b}

) et un mâle aux yeux rouges (

X^{B} Y

). Si ce gène était localisé sur un chromosome non sexuel, ou autosome, on s'attendrait à ce que l'ensemble de la progéniture ait les yeux rouges, parce que l'allèle rouge est dominant par rapport à l'allèle blanc. En réalité, voici ce qu'on observe :

Crédit d'image : "Characteristics and traits: Figure 10," par OpenStax College, Biology, CC BY 4.0

Parce que le gène est lié à l'X, et parce que c'est le parent femelle qui présente le phénotype récessif (yeux blancs), tous les descendants mâles — qui reçoivent leur unique X de leur mère — ont des yeux blancs (

X^{b} Y

). Tous les descendants femelles ont des yeux rouges parce qu'elles ont reçu deux X, dont le chromosome

X^{B}

du père qui masque le

X^{b}

de la mère.

Maladies génétiques liées à l'X

Les mêmes principes que l'on observe chez la mouche du vinaigre peuvent s'appliquer à la génétique humaine. Chez les humains, les allèles pour certaines affections (y compris certaines formes de daltonisme, d'hémophilie et de dystrophie musculaire) sont liés à l'X. Ces maladies sont beaucoup plus fréquentes chez les hommes que chez les femmes en raison de leur modèle d'hérédité liée à l'X.

Pourquoi donc ? Prenons l'exemple d'une mère hétérozygote pour un allèle à l'origine d'une maladie. On dit que les femmes hétérozygotes pour l'allèle "malade" sont porteuses, et elles ne présentent généralement aucun symptôme. Les fils de ces femmes ont

50 %

de chances d'hériter de la maladie, mais c'est peu probable que ses filles (à moins que le père l'ait aussi). Ses dernières auront alors

50 %

de chances d'être porteuses.

En effet, les traits récessifs liés à l'X apparaissent plus souvent chez les mâles que chez les femelles, parce que si un mâle reçoit un "mauvais" allèle de sa mère, il n'a aucune chance d'obtenir un "bon" allèle de son père (qui fournit un Y) pour masquer le mauvais. Par contre, les femelles reçoivent souvent un allèle normal de leur père, ce qui empêche ainsi l'expression de l’allèle "malade".

Étude de cas : L'hémophilie

Prenons un exemple d'échiquier de Punnett pour une maladie humaine liée à l'X : l'hémophilie. Il s'agit d'une affection récessive qui implique que le sang d'un individu ne coagule pas

^{13}

. Une personne atteinte d'hémophilie peut souffrir de saignements sévères, et même mortels, à cause d'une petite coupure.

L'hémophilie est causée par une mutation dans l'un ou l'autre des deux gènes, tous deux situés sur le chromosome X. Les deux gènes encodent les protéines qui interviennent dans la coagulation sanguine

^{14}

. On va se concentrer sur l'un de ces gènes et on appellera l'allèle fonctionnel

X^{H}

et l'allèle "malade"

X^{h}

Dans notre exemple, une femme qui est hétérozygote pour les allèles normal et hémophile (

X^{H} X^{h}

) a des enfants avec un homme qui est hémizygote pour la forme normale (

X^{H} Y

). Les deux parents présentent une coagulation sanguine normale, mais la mère est porteuse. Quelle est la probabilité que leurs fils et filles soient hémophiles ?

Échiquier de Punnett montrant les génotypes potentiels des enfants issus d'un père avec une coagulation normale (

X^{H} Y

) et d'une mère qui est porteuse hétérozygote (

X^{H} X^{h}

		$X^{H}$ ‍	$Y$ ‍
$X^{H}$ ‍		$X^{H} X^{H}$ ‍	$X^{H} Y$ ‍
$X^{h}$ ‍		$X^{H} X^{h}$ ‍	$X^{h} Y$ ‍

Toutes les filles (

X^{H} X^{H}

X^{H} X^{h}

) ont une coagulation sanguine normale, car elles portent au moins un allèle

X^{H}

1 / 2

des filles sont porteuses, tandis que l'autre moitié est homozygote pour l'allèle

X^{H}

1 / 2

des fils sont

X^{H} Y

et présentent une coagulation normale du sang.

1 / 2

des fils sont

X^{h} Y

et sont hémophiles.

Comme la mère est porteuse, elle transmettra l'allèle hémophile (

X^{h}

) à la moitié de ses enfants, garçons et filles.

Aucune de ses filles ne sera hémophile (zéro chance de maladie). C'est parce que, pour être malade, elles doivent obtenir un allèle $X^{h}$ ‍ à la fois de leur mère et de leur père. Il y a $0$ ‍ chance que les filles reçoivent un allèle $X^{h}$ ‍ de leur père, donc la probabilité globale d'être l'hémophile est nulle.
Les fils obtiennent un Y de leur père au lieu d'un X, ainsi leur seule copie du gène de coagulation du sang vient de leur mère. La mère est hétérozygote, donc la moitié des fils, en moyenne, obtiendra un allèle $X^{h}$ ‍ et sera hémophile ( $1 / 2$ ‍ chance d'être malade).

À vous !

Parmi les paires suivantes de parents, lesquelles sont les plus susceptibles d'engendrer une fille hémophile ?
Choisissez une seule réponse :
(Choix A)
Une mère hémophile et un père sain
(Choix B)
Une mère qui est porteuse et un père sain
(Choix C)
Une mère qui est porteuse et un père hémophile
(Choix D)
Une mère saine, non porteuse, et un père hémophile
L'hémophilie est une maladie récessive, la femme doit donc recevoir deux allèles "malades" (un sur chaque chromosome X) pour la présenter. Elle doit obtenir un allèle malade à la fois de sa mère et de son père.
Étant donné que l'hémophilie est une maladie liée à l'X, les hommes sont hémizygotes pour le gène lié à l'hémophilie (ils n'ont qu'un allèle et présentent le phénotype associé à ce dernier). Pour obtenir un allèle hémophile qui puisse être transmis à la progéniture, un homme doit lui-même être hémophile. Les couples de parents où l'homme n'est pas hémophile ne peuvent pas engendrer une fille hémophile, si l'on exclut les événements rares tels que les mutations spontanées dans la lignée germinale ou lors du développement de l'embryon.
Les femmes homozygotes pour l'allèle hémophile (hémophiliques) ou hétérozygotes pour l'allèle hémophile (porteuses saines) peuvent transmettre un allèle hémophile à leur progéniture. Les couples de parents où la femme n'est ni hémophile ni porteuse ne peuvent pas engendrer une fille hémophile (encore une fois, exception faite de rares mutations spontanées).
Parmi les paires ci-dessus, une mère porteuse et un père hémophile sont les plus susceptibles d'avoir une fille hémophile.

Sources :

Cet article est une version alternative de "Characteristics and traits," par OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Télécharger gratuitement l'article original sur http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.

Cet article est enregistré sous la licence CC BY-NC-SA 4.0.

Travaux cités :

"X chromosome." (11 décembre 2015). Consulté le 11 décembre 2015 sur Wikipédia : https://en.wikipedia.org/wiki/X_chromosome.
Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., et Jackson, R. B. (2011). "The chromosomal basis of sex." Dans Campbell biology (10th ed., pp. 296-297). San Francisco, CA: Pearson.
"X chromosome." (2012). Dans Genetics home reference. Consulté sur http://ghr.nlm.nih.gov/chromosome/X.
"Y chromosome." (2010). Dans Genetics home reference. Consulté sur http://ghr.nlm.nih.gov/chromosome/Y.
"Meiosis." (2015). Dans HHMI biointeractive. Consulté sur http://www.hhmi.org/biointeractive/meiosis.
"SRY." (2015). Dans Genetics home reference. Consulté sur http://ghr.nlm.nih.gov/gene/SRY.
"46,XX testicular disorder of sex development." (2008). Dans Genetics home reference. Consulté sur https://ghr.nlm.nih.gov/condition/46xx-testicular-disorder-of-sex-development.
"Swyer syndrome." (2015). Dans Genetics home reference. Consulté sur https://ghr.nlm.nih.gov/condition/swyer-syndrome.
King, V., Goodfellow, P. N., Pearks Wilkerson, A. J., Johnson, W. E., O'Brien, S. J., et Pecon-Slattery, J. "Evolution of the male-determining gene SRY within the cat family Felidae." Genetics, 175(4), 1855-1867. http://dx.doi.org/10.1534/genetics.106.066779.
"Dimorphism." (2015). Dans Fine dictionary. Consulté sur http://www.finedictionary.com/dimorphism.html.
Bachtrog, Doris. (2013). "Y chromosome evolution: Emerging insights into processes of Y chromosome degeneration." Nature Reviews Genetics, 14(2), 113-124. http://dx.doi.org/10.1038/nrg3366. Consulté sur http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4120474/.
Gilbert, S. F. (2000). "Chromosomal sex determination in Drosophila." Dans _Developmental Biology (6th ed.). Sunderland, MA: Sinauer Associates. Consulté sur www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10025/.
"Hemophilia." (2015). Dans Genetics home reference. Consulté sur https://ghr.nlm.nih.gov/condition/hemophilia.
Kimball, J. W. (23 décembre 2015). "Sex chromosomes." Dans Kimball's biology pages. Consulté le 27 juillet 2016 sur http://www.biology-pages.info/S/SexChromosomes.html.

Autres références :

Bachtrog, Doris. (2013). "Y chromosome evolution: Emerging insights into processes of Y chromosome degeneration." Nature Reviews Genetics, 14(2), 113-124. http://dx.doi.org/10.1038/nrg3366. Consulté sur http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4120474/.

Bergmann, D. C. (2011). "Genetics lecture notes." Biosci41, Stanford University.

Bourke, A. F. G. et Franks, N. R. (1995). "Relatedness and reproductive value in the social Hymenoptera." Dans Social evolution in ants (p. 78). Princeton, NJ: Princeton University Press.

Bowen, R. A. (17 août 2000). "Preparing a karyotype." Dans General and medical genetics. Consulté sur http://www.vivo.colostate.edu/hbooks/genetics/medgen/chromo/cytotech.html.

Carvalho, A. B., Koerich, L. B., et Clark, A. G. (2009). "Origin and evolution of Y chromosomes: Drosophila tales." Trends in Genetics, 25(6), 270-277. http://dx.doi.org/10.1016/j.tig.2009.04.002. Consulté sur http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2921885/.

Deeb, S. S. et Motulsky, A. G. (5 février 2015). "Red-green color vision defects." Dans GeneReviews. Consulté sur http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1301/.

"Genetic factors and hormones that determine gender." (27 juin 2007). Dans Human embryology: Organogenesis. Consulté sur http://www.embryology.ch/anglais/ugenital/molec02.html.

"Haplodiploidy." (7 novembre 2015). Consulté le 11 décembre 2015 sur Wikipédia : https://en.wikipedia.org/wiki/Haplodiploidy.

Kimball, J. W. (23 décembre 2015). "Sex chromosomes." Dans Kimball's biology pages. Consulté le 27 juillet 2016 sur http://www.biology-pages.info/S/SexChromosomes.html.

Krempels, D. M. (n.d.). "The genetics of calico cats." Consulté sur www.bio.miami.edu/dana/dox/calico.html.

OpenStax College, Biology. (13 mai 2015). "Chromosomal basis of inherited disorders." Dans OpenStax CNX. Consulté sur http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9.85:65/Chromosomal-Basis-of-Inherited.

OpenStax College, Biology. (13 mai 2015). "Chromosomal theory and genetic linkage." Dans OpenStax CNX. Consulté sur http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9.85:64/Chromosomal-Theory-and-Genetic

OPN1LW. (2015). Dans Genetics home reference. Consulté sur http://ghr.nlm.nih.gov/gene/OPN1LW.

"Pseudoautosomal region." (2 septembre 2015). Consulté le 16 décembre 2015 sur Wikipédia : https://en.wikipedia.org/wiki/Pseudoautosomal_region.

Purves, W. K., Sadava, D. E., Orians, G. H., et Heller, H.C. (2003). "Sex determination and sex-linked inheritance." Dans Life: The science of biology (7th ed., pp. 125-144). Sunderland, MA: Sinauer Associates.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., et Jackson, R. B. (2011). "Sex-linked genes exhibit unique patterns of inheritance." Dans Campbell biology (10th ed., pp. 205-209). San Francisco, CA: Pearson.

"Testis determining factor." (10 novembre 2015). Consulté le 11 décembre 2015 sur Wikipédia : https://en.wikipedia.org/wiki/Testis_determining_factor.

"X0 sex-determination system." (20 juillet 2015). Consulté le 11 décembre 2015 sur Wikipédia : https://en.wikipedia.org/wiki/X0_sex-determination_system.

"XY sex-determination system." (19 novembre 2015). Consulté le 11 décembre 2015 sur Wikipédia : https://en.wikipedia.org/wiki/XY_sex-determination_system.

"ZW sex-determination system." (16 novembre 2015). Consulté le 11 décembre 2015 sur Wikipédia : https://en.wikipedia.org/wiki/ZW_sex-determination_system.

"Zygosity." (29 novembre 2015). Consulté le 11 décembre 2015 sur Wikipédia : https://en.wikipedia.org/wiki/Zygosity.

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