Génétique humaine

1) Introduction : spécificités de la génétique humaine

La génétique humaine étudie la transmission des caractères et des maladies au sein des familles humaines et des populations. Elle repose sur les mêmes principes que la génétique mendélienne (gènes, allèles, méiose, fécondation), mais présente des particularités :

  • On ne peut pas réaliser de croisements expérimentaux contrôlés.
  • Les effectifs sont souvent limités et les générations longues.
  • Des facteurs culturels et environnementaux interviennent (mariages consanguins, mode de vie…).

La génétique humaine combine des outils biologiques (caryotype, analyses moléculaires) et des outils statistiques (arbres généalogiques, calculs de risque) pour comprendre et prévoir la transmission des caractères héréditaires chez l’Homme.

2) Caryotype humain et anomalies chromosomiques

2.1) Organisation du caryotype humain normal

Le caryotype humain est la représentation ordonnée des chromosomes d’une cellule somatique en métaphase. L’être humain possède normalement :

  • 46 chromosomes = 23 paires.
  • 22 paires d’autosomes (1 à 22).
  • 1 paire de chromosomes sexuels (gonosomes) : XX chez la femme, XY chez l’homme.
Caryotype humain simplifié (2n = 46) 1 2 3 … … XX XY 22 paires d'autosomes + 1 paire de gonosomes (XX ou XY)
Le caryotype permet de vérifier le nombre et la structure des chromosomes.

2.2) Anomalies chromosomiques numériques

Une aneuploïdie est une anomalie du nombre de chromosomes (2n ± 1, ± 2, …) due souvent à une non-disjonction méiotique.

  • Trisomie 21 (syndrome de Down) : 47 chromosomes, avec 3 exemplaires du chromosome 21.
  • Syndrome de Turner : 45,X (monosomie X chez la femme).
  • Syndrome de Klinefelter : 47,XXY (chez l’homme).

2.3) Anomalies chromosomiques structurales

Elles concernent la structure d’un chromosome :

  • Délétions : perte d’un fragment.
  • Duplications : répétition d’un segment.
  • Translocations : échange de segments entre chromosomes.

Au Bac, on demande surtout de reconnaître une trisomie 21 et de l’associer à une non-disjonction lors de la méiose.

3) Modes de transmission des caractères et maladies monogéniques

3.1) Transmission autosomique dominante

Un caractère ou une maladie est dit autosomique dominant si :

  • le gène est situé sur un autosome (non sexuel),
  • un seul allèle muté (génotype hétérozygote) suffit pour que le phénotype apparaisse.
  • Le phénotype apparaît à chaque génération.
  • Un individu atteint a en général au moins un parent atteint.
  • Les deux sexes sont atteints avec une fréquence similaire.

3.2) Transmission autosomique récessive

Un caractère ou une maladie est autosomique récessif si :

  • le gène est sur un autosome,
  • il faut posséder deux allèles mutés pour exprimer la maladie (génotype homozygote).
  • La maladie peut « sauter » une ou plusieurs générations.
  • Les parents d’un individu atteint sont souvent porteurs sains (hétérozygotes).
  • La consanguinité augmente la probabilité de ce mode de transmission.

3.3) Transmission liée au sexe (chromosome X)

Dans la transmission liée à l’X récessive, le gène est porté par le chromosome X, et l’allèle muté est récessif.

  • Les garçons (XY) expriment la maladie dès qu’ils possèdent l’allèle muté sur leur X.
  • Les filles (XX) sont souvent porteuses (hétérozygotes) et rarement atteintes (homozygotes mutées).
  • Une mère porteuse peut transmettre la maladie à environ 50 % de ses fils.

4) Arbres généalogiques en génétique humaine

4.1) Symboles de base

Un arbre généalogique représente la transmission d’un caractère ou d’une maladie au sein d’une famille sur plusieurs générations à l’aide de symboles conventionnels :

Symboles de base en arbre généalogique Homme sain Femme saine Atteint Descendance
Les arbres généalogiques utilisent des symboles normalisés : carrés (hommes), cercles (femmes).

4.2) Identifier le mode de transmission

L’analyse d’un arbre généalogique repose sur quelques critères clés :

  • Le caractère apparaît-il à chaque génération ou saute-t-il des générations ?
  • Les deux sexes sont-ils atteints avec la même fréquence ?
  • Y a-t-il plus de garçons atteints (suggérant une liaison à l’X) ?
  • Les parents d’un individu atteint sont-ils parfois phénotypiquement sains (mode récessif) ?

Au Bac, on vous demande souvent de justifier le mode de transmission en utilisant des expressions du type : « la maladie se manifeste dans chaque génération », « les parents sont souvent sains mais ont un enfant atteint », « seuls les garçons sont majoritairement atteints », etc.

5) Groupes sanguins humains (système ABO et Rh)

5.1) Système ABO (codominance)

Le système ABO est déterminé par un gène situé sur un autosome, avec trois allèles : \(I^A\), \(I^B\) et \(i\).

  • \(I^A\) et \(I^B\) sont codominants entre eux.
  • Ils sont tous deux dominants sur l’allèle \(i\).
Génotype Phénotype (groupe sanguin)
\(I^A I^A\) ou \(I^A i\)A
\(I^B I^B\) ou \(I^B i\)B
\(I^A I^B\)AB
\(ii\)O

5.2) Système Rh (présence ou absence d’un antigène)

Le système Rh dépend principalement d’un gène avec deux allèles : \(D\) (dominant) et \(d\) (récessif).

  • Phénotype Rh+ : génotype \(DD\) ou \(Dd\).
  • Phénotype Rh- : génotype \(dd\).

La combinaison ABO + Rh donne des groupes sanguins complets (A+, A−, B+, B−, AB+, AB−, O+, O−).

5.3) Intérêt médical

  • Compatibilité des transfusions sanguines (donneur / receveur).
  • Prévention de l’incompatibilité fœto-maternelle dans le système Rh.

6) Maladies génétiques humaines et notion de porteur

6.1) Maladies monogéniques récessives

Une maladie monogénique récessive est due à la mutation d’un seul gène, et ne se manifeste que quand l’individu possède deux allèles mutés.

  • Drépanocytose (anomalie de l’hémoglobine).
  • Mucoviscidose (glandes exocrines, respiration, digestion).

Les hétérozygotes (un allèle sain, un muté) sont en général porteurs sains : ils ne présentent pas de symptômes mais peuvent transmettre l’allèle muté.

6.2) Maladies liées à l’X récessives

  • Hémophilie.
  • Myopathie de Duchenne (dégénérescence musculaire).

Les mères porteuses transmettent la maladie à une partie de leurs fils, tandis que leurs filles peuvent être porteuses sans symptômes.

6.3) Rôle de la consanguinité

Les unions entre apparentés (consanguinité) augmentent la probabilité qu’un enfant reçoive deux copies du même allèle rare, et donc la fréquence des maladies autosomiques récessives.

7) Conseil génétique et calculs de risque

7.1) Conseil génétique

Le conseil génétique est une démarche médicale qui vise à informer les familles sur le risque de transmission d’une maladie héréditaire, et à les aider à prendre des décisions.

Il repose sur :

  • La connaissance du mode de transmission.
  • L’analyse des arbres généalogiques.
  • Des calculs de probabilités de risque pour la descendance.

7.2) Calculs simples de risque génétique

Exemple : maladie autosomique récessive avec allèle muté \(m\).

  • Deux parents porteurs sains (génotype Mm) ont une probabilité de 1/4 d’avoir un enfant atteint (mm), 1/2 d’avoir un enfant porteur sain (Mm) et 1/4 d’avoir un enfant sain (MM).
  • Si l’un des parents est atteint (mm) et l’autre porteur sain (Mm), la probabilité d’avoir un enfant atteint est de 1/2.

Au Bac, on vous demande surtout de traduire un énoncé en schéma génétique, puis d’appliquer les probabilités mendéliennes (1/4, 1/2, 3/4, etc.) pour calculer un risque.

8) Aspects éthiques de la génétique humaine (aperçu)

Le développement des techniques de génétique humaine (diagnostic prénatal, analyses ADN, tests de prédisposition) soulève des questions éthiques :

  • Respect de la confidentialité des informations génétiques.
  • Risques de discrimination (travail, assurance, etc.).
  • Choix difficiles liés au diagnostic prénatal et à l’interruption éventuelle de grossesse.

Les informations génétiques sont sensibles. Leur utilisation doit respecter des principes de respect de la personne, de consentement éclairé et de non-discrimination.

9) Exercices d’application (10) avec solutions détaillées

Exercice 1 — Lecture d’un caryotype

On observe un caryotype humain présentant 47 chromosomes, avec trois exemplaires du chromosome 21.

  1. Donner la formule chromosomique de cet individu.
  2. Nommer l’anomalie et préciser s’il s’agit d’une anomalie numérique ou structurale.
  3. À quel événement méiotique peut-on l’associer ?

1) Formule : 47, XX, +21 ou 47, XY, +21 selon le sexe.

2) Il s’agit d’une trisomie 21, anomalie chromosomique numérique.

3) Elle résulte d’une non-disjonction des chromosomes 21 lors de la méiose, généralement en méiose I chez l’un des parents.

Exercice 2 — Mode de transmission autosomique dominant

Dans une famille, une maladie apparaît à chaque génération. Chaque individu atteint a au moins un parent atteint. Les deux sexes sont touchés avec la même fréquence.

  1. Quel mode de transmission cela suggère-t-il ?
  2. Justifier brièvement.

1) Cela suggère une transmission autosomique dominante.

2) Le caractère se manifeste dans chaque génération, ce qui est typique d’un allèle dominant, et il touche hommes et femmes de manière comparable, ce qui suggère un gène situé sur un autosome.

Exercice 3 — Mode de transmission autosomique récessif

On étudie une maladie génétique dans une famille. Certains enfants sont atteints alors que leurs deux parents sont phénotypiquement sains. Les deux sexes sont atteints.

  1. Proposer un mode de transmission.
  2. Expliquer le statut des parents au niveau génétique.

1) Il s’agit probablement d’une maladie autosomique récessive.

2) Les parents sont porteurs sains : ils possèdent un allèle muté et un allèle normal (hétérozygotes), ce qui explique l’absence de symptômes chez eux mais la possibilité d’avoir des enfants atteints (homozygotes mutés).

Exercice 4 — Transmission liée à l’X

Une maladie génétique touche principalement les garçons. Les mères des garçons atteints sont phénotypiquement saines, mais certains de leurs frères sont aussi atteints.

  1. Quel mode de transmission cela évoque-t-il ?
  2. Comment interpréter le rôle de la mère ?

1) Cela évoque une maladie liée à l’X récessive.

2) La mère est probablement porteuse (hétérozygote) de l’allèle muté sur l’un de ses chromosomes X. Elle transmet l’allèle muté à une partie de ses fils, qui, n’ayant qu’un seul X, expriment la maladie.

Exercice 5 — Groupes sanguins ABO

Un homme de groupe A et une femme de groupe B ont un enfant de groupe O.

  1. Quels sont les génotypes possibles des parents ?
  2. Justifier la présence du groupe O chez l’enfant.

1) Pour que l’enfant soit O (\(ii\)), chaque parent doit lui transmettre l’allèle \(i\). Donc l’homme A est \(I^A i\) et la femme B est \(I^B i\).

2) L’enfant a reçu l’allèle \(i\) de chacun de ses parents, ce qui donne le génotype \(ii\) et le phénotype O.

Exercice 6 — Système Rh et compatibilité

Un couple est de génotypes \(Dd\) (Rh+) et \(dd\) (Rh-).

  1. Donner les phénotypes des parents.
  2. Calculer la probabilité d’avoir un enfant Rh-.

1) Le parent \(Dd\) est Rh+ (allèle D dominant), le parent \(dd\) est Rh-.

2) Gamètes du parent \(Dd\) : D et d ; gamètes du parent \(dd\) : d. Descendance : 1/2 \(Dd\) (Rh+) et 1/2 \(dd\) (Rh-). La probabilité d’avoir un enfant Rh- est donc de 1/2.

Exercice 7 — Consanguinité et maladie récessive

Une maladie autosomique récessive rare est présente dans une famille. Deux cousins germains issus de cette famille souhaitent avoir des enfants.

  1. Pourquoi le risque d’avoir un enfant atteint est-il plus élevé qu’en population générale ?
  2. Quel rôle peut jouer le conseil génétique dans ce cas ?

1) La consanguinité augmente la probabilité que les deux parents héritent du même allèle récessif rare, et donc qu’ils soient tous les deux porteurs. Cela augmente la fréquence d’enfants homozygotes mutés.

2) Le conseil génétique permet d’informer le couple sur le risque réel, de proposer des tests éventuels (recherche de porteurs) et de discuter des options de prise en charge ou de diagnostic prénatal.

Exercice 8 — Calcul de risque autosomique récessif

Une maladie autosomique récessive est due à l’allèle \(m\). Deux parents sont porteurs sains (génotype Mm).

  1. Donner les génotypes possibles de leurs enfants et les probabilités associées.
  2. Quelle est la probabilité qu’un enfant de ce couple soit atteint ?

1) Croisement \(Mm \times Mm\) :

  • 1/4 MM : sain non porteur.
  • 1/2 Mm : porteur sain.
  • 1/4 mm : atteint.

2) La probabilité d’avoir un enfant atteint est de 1/4 (25 %).

Exercice 9 — Interprétation d’un arbre généalogique (qualitatif)

Dans un arbre généalogique, on observe que la maladie :

  • touche principalement des garçons ;
  • les pères atteints n’ont pas de fils atteints, mais toutes leurs filles sont porteuses ;
  • les mères porteuses ont environ la moitié de leurs fils atteints.
  1. Identifier le mode de transmission.
  2. Justifier en vous appuyant sur les éléments de l’énoncé.

1) Il s’agit d’une maladie liée à l’X récessive.

2) Les pères atteints transmettent leur chromosome X uniquement à leurs filles, qui deviennent porteuses, et jamais à leurs fils (qui reçoivent le Y). Les mères porteuses transmettent l’allèle muté à une partie de leurs fils, qui, n’ayant qu’un seul X, expriment la maladie. Cela explique pourquoi les garçons sont majoritairement atteints.

Exercice 10 — Bilan rédigé sur la génétique humaine

Rédiger un paragraphe synthétique (8–10 lignes) expliquant en quoi la génétique humaine repose à la fois sur la génétique mendélienne et sur des outils spécifiques (caryotype, arbres généalogiques, calculs de risque).

La génétique humaine applique les principes de la génétique mendélienne (gènes, allèles, méiose, fécondation) à l’étude de la transmission des caractères et des maladies chez l’Homme. Cependant, il n’est pas possible de réaliser des croisements expérimentaux contrôlés, et les effectifs sont souvent limités. On utilise donc des outils spécifiques : le caryotype permet de détecter les anomalies chromosomiques (trisomies, délétions), les arbres généalogiques permettent d’identifier le mode de transmission d’une maladie (autosomique dominante, récessive, liée à l’X) et les calculs de risque aident à prévoir la probabilité d’avoir un enfant atteint dans une famille donnée. La génétique humaine est ainsi à la fois une science des gènes et une science statistique, au service du diagnostic et du conseil génétique.

10) Bilan — Génétique humaine (2ᵉ Bac Sciences Mathématiques)

  • L’être humain possède un caryotype de 46 chromosomes (22 paires d’autosomes + 1 paire de gonosomes). Les anomalies du nombre (trisomies) et de la structure (délétions, translocations) peuvent provoquer des syndromes génétiques.
  • Les caractères et maladies monogéniques se transmettent selon différents modes : autosomique dominant, autosomique récessif, lié à l’X récessif.
  • Les arbres généalogiques sont un outil essentiel pour identifier ces modes et pour interpréter la répartition des individus atteints ou sains dans une famille.
  • Les systèmes ABO et Rh illustrent la diversité des modes d’action des allèles (codominance, dominance simple) et ont une importance médicale (transfusions, grossesse).
  • Le conseil génétique combine l’analyse des généalogies, les connaissances mendéliennes et les probabilités pour estimer le risque de transmission d’une maladie héréditaire et informer les familles.
  • Les progrès de la génétique humaine posent enfin des questions éthiques importantes (confidentialité, discrimination, choix reproductifs) qui nécessitent un cadre légal et moral clair.

SVT — Génétique humaine — 2e Bac Sciences Mathématiques — © neobac.ma