Hérédité liée au sexe et arbres généalogiques

Les chromosomes sexuels ne se transmettent pas comme les autosomes : un gène porté par le X suit un trajet différent selon qu'il vient du père ou de la mère. Ce chapitre présente les systèmes de détermination du sexe, la transmission des gènes liés à X et à Y, puis l'application à l'homme à travers l'analyse des arbres généalogiques, un exercice présent dans la quasi-totalité des examens de S4.

1. La détermination chromosomique du sexe

Chez les espèces à sexes séparés, une paire de chromosomes, les hétérochromosomes ou gonosomes, diffère entre mâles et femelles ; les autres sont les autosomes. Chez les mammifères et la drosophile, la femelle est homogamétique XX (un seul type de gamètes) et le mâle hétérogamétique XY (gamètes X ou Y), d'où un sex-ratio théorique de 50 % à chaque génération. Chez de nombreux orthoptères, le mâle est XO : il n'a pas de Y et un nombre impair de chromosomes. Chez les oiseaux, les papillons et certains poissons, c'est la femelle qui est hétérogamétique : on note ZW la femelle et ZZ le mâle (ou ZO/ZZ dans certains cas).

Le rôle du Y diffère selon les espèces. Chez l'homme, le Y est masculinisant grâce au gène SRY : les individus XXY (syndrome de Klinefelter) sont des hommes et les XO (syndrome de Turner) sont des femmes. Chez la drosophile, le Y n'intervient pas dans la détermination du sexe (il est seulement nécessaire à la fertilité) : c'est le rapport X/A (nombre de X sur nombre de lots d'autosomes) qui décide, femelle si X/A ≥ 1, mâle si X/A ≤ 0,5 ; une mouche XXY est donc femelle et une XO est un mâle stérile. X et Y s'apparient à la méiose par des régions pseudo-autosomiques homologues ; la région différentielle du X porte les gènes strictement liés au sexe, celle du Y les gènes holandriques.

2. L'hérédité liée au chromosome X : l'expérience de Morgan

Pour un gène autosomique, les croisements réciproques (♀ AA × ♂ aa et ♀ aa × ♂ AA) donnent le même résultat. Morgan observe en 1910 qu'il n'en va pas ainsi pour la mutation white (yeux blancs) de la drosophile. Premier croisement : ♀ yeux rouges × ♂ yeux blancs → F1 entièrement à yeux rouges ; en F2, toutes les femelles ont les yeux rouges et la moitié des mâles ont les yeux blancs. Croisement réciproque : ♀ yeux blancs × ♂ yeux rouges → en F1, tous les mâles ont les yeux blancs comme leur mère et toutes les femelles les yeux rouges comme leur père. Cette transmission croisée, ou criss-cross, s'explique si le gène est porté par le X : le mâle reçoit son unique X de sa mère et le transmet uniquement à ses filles.

Notation chromosomique : ♀ X^wX^w × ♂ X⁺Y → F1 : X⁺X^w (femelles [+]) et X^wY (mâles [w]) ; F1 × F1 → F2 : 1/4 X⁺X^w, 1/4 X^wX^w, 1/4 X⁺Y, 1/4 X^wY, soit la moitié des femelles et la moitié des mâles à yeux blancs. Le mâle, qui n'a qu'un allèle, est dit hémizygote : tout allèle récessif porté par son X s'exprime. Trois critères permettent de « diagnostiquer » un gène lié au X : les croisements réciproques diffèrent, les phénotypes se répartissent différemment entre les sexes, et le caractère récessif est bien plus fréquent chez les mâles.

3. Hérédité liée à Y, hérédité influencée ou limitée par le sexe

Un gène situé dans la région différentielle du Y n'a pas d'allèle sur le X : il est holandrique, transmis de père en fils uniquement et exprimé chez tous les mâles porteurs (SRY, gènes de la spermatogenèse). Il ne faut pas confondre les gènes liés au sexe avec les caractères influencés par le sexe, gouvernés par des gènes autosomiques dont la dominance dépend du milieu hormonal (la calvitie précoce se comporte en dominant chez l'homme et en récessif chez la femme), ni avec les caractères limités à un sexe, autosomiques mais exprimés dans un seul sexe (production laitière). Enfin, l'hérédité cytoplasmique (ADN mitochondrial) se transmet uniquement par la mère à tous ses enfants, sans distinction de sexe.

4. Lire un arbre généalogique

Chez l'homme, on ne réalise pas de croisements : on analyse des pedigrees. Conventions : carré pour un homme, rond pour une femme, symbole plein pour un individu atteint, trait horizontal pour un couple, générations numérotées en chiffres romains, individus en chiffres arabes. Quatre modes de transmission monogénique sont à reconnaître. Autosomique récessif (mucoviscidose, albinisme, drépanocytose) : des parents sains peuvent avoir un enfant atteint, les deux sexes sont touchés également, la consanguinité est fréquente, et deux hétérozygotes ont un risque de 1/4. Autosomique dominant (chorée de Huntington, achondroplasie) : tout atteint a un parent atteint, transmission sans saut de génération, risque de 1/2 pour chaque enfant d'un hétérozygote.

Récessif lié à X (daltonisme, hémophilie A, myopathie de Duchenne) : atteint surtout des garçons, nés de mères conductrices saines ; un homme atteint ne transmet jamais à ses fils mais toutes ses filles sont conductrices ; une fille n'est atteinte que si son père est atteint et sa mère conductrice. Dominant lié à X (rachitisme vitamino-résistant) : un homme atteint transmet à toutes ses filles et à aucun de ses fils, une femme atteinte à la moitié de ses enfants des deux sexes. La démarche à l'examen consiste à éliminer les hypothèses incompatibles (par exemple, deux parents sains avec un enfant atteint excluent la dominance ; un père atteint avec un fils atteint exclut la liaison au X pour un gène récessif rare, sauf si la mère est conductrice), puis à écrire les génotypes et calculer les probabilités demandées.