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COLLECTION FONDÉE PAR PAUL ANGOULVENT

Yves Gingras, Histoire des sciences, no 3495.

Dominique Lecourt, La Philosophie des sciences, no 3624.

Yves Gingras, Sociologie des sciences, no 3950.

Pierre-André Taguieff, L’Eugénisme, no 4198.

À la mémoire de nos maîtres Jean Frézal
et Josué Feingold

Mode d’emploi
Dans le présent ouvrage, l’astérisque (*) signale que le terme qui précède fait l’objet d’une entrée à part entière. La flèche (→) sert à renvoyer à d’autres entrées.

ISBN 978-2-7154-1228-6

ISSN 0768-0066

Dépôt légal – 1re édition : 2017
2e édition mise à jour : 2022, décembre

© Presses Universitaires de France / Humensis, 2022

170 bis, boulevard du Montparnasse, 75014 Paris

Ce document numérique a été réalisé par Nord Compo.

CHAPITRE PREMIER
Tous semblables, tous différents

1. – ADN

La nature chimique des gènes est longtemps restée mystérieuse. En 1940, à New York, O. Avery affirme que, malgré son apparente simplicité, la substance héréditaire est l’ADN. Ce contraste s’éclaire en 1953, quand deux chercheurs de 23 et 35 ans, Jim Watson et Francis Crick, s’appuyant sur les travaux déterminants de Rosalind Franklin, injustement oubliée, décrivent la structure de l’ADN en double hélice, « si jolie qu’elle se devait d’exister ». Ainsi, ce sont bien les infinies combinaisons d’enchaînement des quatre nucléotides qui le composent (adénine, guanine, thymine et cytosine), et non leur nature, qui constituent l’information génétique, mais aussi sa capacité à se transmettre, « qui n’avait pas échappé » aux auteurs de l’article !

L’acide désoxyribonucléique, ou ADN, est un polymère biologique : une molécule géante présente dans toutes les cellules du monde vivant, uni et pluricellulaire, et même dans de nombreux virus. Il y représente le matériel génétique et son ensemble constitue le génome*. Il a une double vocation : il est le répertoire des informations génétiques nécessaires à la vie cellulaire, et il transmet cette information aux cellules filles lors de la mitose*, ou aux descendants lors de la méiose*. L’ADN est ainsi le support de l’hérédité.

L’ADN a pour cela plusieurs propriétés fondatrices. Il est organisé en deux brins antiparallèles, enroulés en double hélice. Chaque brin est composé d’un enchaînement de nucléotides (ou bases), dont la succession ordonnée sur l’un des deux brins constitue la séquence. La structure en double hélice repose sur l’appariement deux à deux des nucléotides, A avec T, et C avec G. L’organisation en double brin permet à l’ADN d’être recopié à certains endroits lorsque les deux brins se séparent, telle une fermeture Éclair, pour que l’un d’entre eux puisse être exactement décalqué en une autre molécule biologique, qui, elle, sera monobrin, l’ARN*. C’est par ce processus que l’ADN rend opérante l’information génétique qu’il contient (transcription) et qu’il se copie pour se transmettre (réplication).

2. – Génome

Le génome représente l’ensemble du matériel génétique d’un être vivant ou d’une espèce. Il est constitué d’ADN*, à l’exception de certains virus, où le génome est fait d’ARN.

Le génome humain est diploïde, c’est-à-dire qu’il est constitué de deux demi-génomes semblables (les génomes haploïdes) reçus, pour l’un, du père et, pour l’autre, de la mère. Il est fragmenté en 46 chromosomes*. Le génome peut être analysé par des approches classiquement différentes :

la génétique moléculaire, qui passe le plus souvent par l’établissement de la séquence d’un de ses segments, c’est-à-dire de l’enchaînement spécifique des nucléotides qui le constituent (A, T, C ou G) ;

la génétique structurelle, qui étudie le génome dans un ordre de dimension plus vaste, allant du chromosome (on parle alors de « cytogénétique ») aux grands segments structurels du génome (étudiés par la CGH ou les méthodes d’analyse d’organisation de la chromatine*).

Aujourd’hui, grâce aux possibilités techniques d’établissement de la séquence complète des génomes humains, ces approches sont confondues, une même analyse permettant les deux lectures (séquence et structure).

La totalité du génome haploïde (23 chromosomes) humain est constituée de près de 3 milliards de nucléotides, et il y en a donc le double dans chaque cellule diploïde (la quasi-totalité de nos cellules somatiques).

Le projet « Génome humain », dont la première publication date de 2003, a permis d’établir la séquence la plus consensuelle pour chaque base dans une ou plusieurs populations : la séquence de référence. Il nous a montré que la moitié du génome humain est composée de régions amorphes, souvent très répétitives, véritables cimetières de reliques de séquences virales accumulées dans notre matériel génétique au fil de millions d’années d’évolution ; et, au contraire, pour son autre moitié, de séquences uniques. Seule une petite fraction des séquences uniques constitue la partie codante du génome (→ 67), composée des gènes codant les protéines.

Les projets d’exploration du génome sont toujours en cours. Ils visent à compléter la séquence initialement publiée d’un télomère (extrémité d’un chromosome*) à l’autre, comme le projet « T-to-T », qui a établi en 2022 une version quasi complète du génome humain. Mais ils tendent surtout vers l’élucidation de la fonction des séquences non codantes, particulièrement celles qui ont été conservées entre espèces au cours de l’évolution, par une pression de sélection au moins aussi forte que les séquences codantes, témoignant de leur importance.

3. – Chromosome

Fruits des premières observations microscopiques du noyau des cellules au milieu du XIXe siècle, les chromo-soma, ces petits « corps colorés » observés par Wilhelm Waldeyer dès 1888, sont composés de la molécule d’ADN*, substance héréditaire qui sera transmise par un individu à ses descendants, associée à des protéines, les histones notamment, l’ensemble constituant la chromatine.

Deux fois plus nombreux dans les cellules somatiques que dans les cellules germinales, nos 46 chromosomes équipant des cellules diploïdes correspondent à 23 paires, dont on ne retrouve qu’un homologue dans les cellules haploïdes, comme les gamètes*, ou cellules de reproduction. Entre les deux sexes, 22 paires sont identiques : on les appelle les autosomes. Ils imposent la notion du double héritage, paternel et maternel, et l’égalité des rôles dans la reproduction. La 23e paire est formée de 2 chromosomes sexuels, ou gonosomes, qui varient selon le sexe : dimorphisme gonosomique chez l’homme porteur d’un X et d’un Y, qui peut dès lors produire deux variétés de spermatozoïdes selon le chromosome sexuel dont ceux-ci sont porteurs ; monomorphisme gonosomique chez la femme qui, avec deux chromosomes X, ne produit que des ovules porteurs d’un X*. Ainsi, chez l’humain, c’est le spermatozoïde qui détermine le sexe du futur individu, tandis que chez l’oiseau par exemple, le dimorphisme gonosomique est porté par la femelle.

4. – Locus et cartes

Le lien entre chromosome et position des gènes a été établi entre 1910 et 1916 par Thomas Hunt Morgan avec son « escadre de la mouche », Drosophila Melanogaster, qui prolifère sur les fruits trop mûrs. Cet insecte a deux qualités fondamentales : sa reproduction abondante et rapide et l’extrême simplicité de son génome (seulement 4 paires de chromosomes). Ceux-ci sont parfaitement visibles au microscope dans les glandes salivaires de la drosophile à l’état de larve (chromosomes géants). Leur étude a permis de formuler la théorie chromosomique de l’hérédité en 1920. Non seulement les gènes sont situés « sur » les chromosomes, mais ils peuvent en outre être localisés et positionnés les uns par rapport aux autres pour étudier leur transmission dans les générations successives, grâce au phénomène de crossing-over (→ 19). En effet, deux locus proches sur un chromosome se sépareront lors de la méiose, non pas de manière aléatoire, mais avec une probabilité inférieure à 50 % : on dit que ces locus sont liés et cette proximité se mesure par la fraction de recombinaison (la probabilité qu’ils se séparent lors de la division méiotique). À l’inverse, deux locus sur des chromosomes différents (ou très distants sur un même chromosome) sont non liés et se séparent avec une probabilité de 50 % à chaque méiose. Ces travaux précèdent de loin la connaissance de la séquence du génome humain, celle de la constitution de l’ADN et des chromosomes eux-mêmes !

Très tôt, il a été entrepris de cartographier le matériel génétique et d’y localiser un gène codant pour un caractère ou un phénotype (carte génétique). Cette position est appelée locus et peut aujourd’hui (à la manière d’un GPS) être très exactement précisée par ses coordonnées sur la séquence d’ADN (carte physique). Ces sites remarquables du génome étant souvent les gènes, on parle le plus souvent de locus lorsqu’il s’agit de la position d’un gène. Toutefois, tout emplacement du génome peut être considéré comme un locus, correspondant à des segments d’ADN plus ou moins vastes.

La carte génomique – ou carte chromosomique – n’est rien d’autre que l’ensemble des locus placés les uns par rapport aux autres, sur tel ou tel chromosome, aujourd’hui avec une précision à l’échelle du nucléotide.

5. –

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