Cinq parties : l'état des connaissances vers 1860 ; les innovations de la méthode de Mendel ; la simulation de ses croisements ; quatre voies au choix pour comprendre ses lois ; et ce que dominance et récessivité désignent exactement.
Que sait-on de la reproduction et de l'hérédité lorsque Mendel commence ses croisements, et qu'en a-t-on établi depuis ?
Mendel sème ses premiers pois en 1856 et lit son mémoire devant la Société des naturalistes de Brünn les 8 février et 8 mars 1865. La frise ci-dessous porte, sur cinq pistes, ce qui est établi avant lui, et ce qui ne le sera qu'après : elle court de la démonstration de la sexualité des plantes, en 1694, jusqu'à l'édition du génome et aux microscopies actuelles. Chaque repère ouvre le document d'origine, ou une planche dessinée, et son commentaire. La piste ocre porte les travaux d'hybridation dont Mendel est parti, dont les cinq auteurs qu'il nomme dans la première page de son mémoire, puis la sélection végétale et la génétique des populations qui en sont issues ; la piste rouge suit les conceptions successives de l'hérédité, jusqu'au facteur localisé sur une carte en 1915 ; la piste prune prend le relais à partir de 1927, pour établir de quoi le gène est fait, comment il s'exprime, puis comment on le lit et on le modifie.
Qu'a fait Mendel que ses prédécesseurs n'avaient pas fait ?
L'hybridation des plantes n'est pas une nouveauté en 1856 : Kölreuter, Gärtner et Naudin ont produit avant lui des milliers d'hybrides. Ce que Mendel change, ce ne sont pas les croisements eux-mêmes, c'est la manière de les conduire et de les lire. Choisir une fiche pour comparer sa pratique à celle de ses devanciers.
Quatre simulations, dans l'ordre où ces résultats ont été établis : les deux premières reprennent les croisements de Mendel sur le pois, à un caractère puis à deux ; les deux suivantes portent sur la drosophile, chez qui Morgan rencontre les deux situations que le pois n'avait pas données. Choisir une simulation.
Que devient un caractère différentiel au fil des générations ?
Le protocole de Mendel s'étend sur plusieurs années et plusieurs générations. Il est parcouru ici dans son ordre. À chaque étape, le croisement effectué est rappelé en toutes lettres, le résultat est tiré au hasard, et il est comparé à ce que Mendel a publié pour ce croisement précis. Choisir un caractère et un effectif, puis avancer d'étape en étape.
Deux caractères se transmettent-ils indépendamment l'un de l'autre ?
Le protocole est le même que pour un seul caractère, mais les deux lignées pures de départ diffèrent cette fois par deux caractères à la fois. Les deux premières étapes sont supposées faites : les lignées pures ont été croisées, et leurs hybrides de première génération portent les deux caractères dominants. Le module part de là.
L'indépendance des caractères vaut-elle toujours ?
Aucun des sept couples de caractères du pois retenus par Mendel ne met en défaut l'indépendance : c'est chez la drosophile, quarante-cinq ans plus tard, que Thomas Morgan rencontre des couples qui s'y refusent. Le croisement-test est ici obligatoire, puisque lui seul révèle directement la composition des gamètes de l'hybride. Les deux caractères suivis sont la couleur du corps, grise ou noire, et la longueur des ailes, longues ou vestigiales. Le seul réglage porte sur la localisation des deux gènes. Ces deux gènes sont réellement portés par la même paire de chromosomes ; l'autre réglage, qui les place sur deux paires différentes, sert de terme de comparaison.
Que devient un caractère dont la transmission n'est pas la même dans les deux sens du croisement ?
En 1910, dans un élevage de drosophiles suivi depuis près d'un an, Morgan trouve un mâle aux yeux blancs quand toutes les autres mouches ont les yeux rouges. Le caractère qu'il suit est monogénique et différentiel, exactement comme ceux du pois. Mais ce caractère met en défaut, dès le premier croisement, une régularité que Kölreuter, Gärtner et Mendel avaient tous vérifiée : l'équivalence des croisements réciproques. Trois hypothèses restent alors en présence, que chaque croisement met à l'épreuve : le gène est porté par un autosome, il est porté par le chromosome X, il est porté par le chromosome Y.
Comment rendre compte des proportions constantes observées dans la descendance des hybrides ?
Quatre voies conduisent à la même réponse. Elles ne diffèrent pas par leur conclusion mais par la démarche : l'une reconstruit le modèle à partir des nombres, l'autre le reçoit et le met à l'épreuve, la troisième le calcule, la quatrième le localise dans la cellule. Choisir une voie, la parcourir, puis ouvrir le bilan commun.
De quoi la dominance est-elle une propriété : d'un allèle, ou d'un état de caractère ?
Les deux mots viennent du mémoire de 1866, où ils qualifient des caractères : est dominant celui qui passe entier dans l'hybride, récessif celui qui y devient latent. L'usage courant les a déplacés sur les allèles, et l'on lit partout « l'allèle de la drépanocytose est récessif ». Ce déplacement n'est pas une commodité de langage. Il fait disparaître de l'énoncé les deux termes dont la relation dépend : l'allèle auquel on compare, et le caractère observé avec son échelle. Quatre systèmes documentés le montrent, avant que soit établie la formulation qui ne perd ni l'un ni l'autre. La démonstration se suit dans l'ordre des six entrées ci-dessous.
Le mémoire introduit les deux termes une seule fois, dans le chapitre consacré à la forme des hybrides, et il les introduit sur le mot Merkmal : le caractère observable.
« In der weiteren Besprechung werden jene Merkmale, welche ganz oder fast unverändert in die Hybride-Verbindung übergehen, somit selbst die Hybridenmerkmale repräsentiren, als dominirende und jene, welche in der Verbindung latent werden, als recessive bezeichnet. »
Dans la suite de cet exposé, les caractères qui passent entiers ou presque inchangés dans la combinaison hybride, et qui représentent donc eux-mêmes les caractères de l'hybride, seront dits dominants ; et ceux qui deviennent latents dans cette combinaison, récessifs.
L'emploi ne varie jamais. Les trente occurrences de dominirend et les dix-huit de recessiv du mémoire portent toutes sur Merkmal, ou sur son synonyme Charakter : jamais sur ce que l'hybride transmet. Mendel dispose pourtant d'un mot pour cela. Dans les pages où il forme son hypothèse, ce qui se sépare puis se recombine, ce sont les differirende Elemente, les éléments différents des cellules germinales, et ces éléments-là il ne les dit ni dominants ni récessifs : ils se combinent, ils s'excluent mutuellement, ils ne dominent rien. Le partage est net, et il est déjà celui du génotype et du phénotype : d'un côté ce qui s'observe, et qui peut dominer ; de l'autre ce qui se transmet, et qui ne fait que se combiner.
Un mot sur le vocabulaire, car il a bougé depuis 1866. Le Merkmal de Mendel désigne indifféremment le caractère différentiel, la forme de la graine, et chacune de ses deux formes, lisse ou ridée : ce sont ces deux Merkmale qui entrent dans l'hybride, et c'est de l'un d'eux qu'il dit qu'il domine. La langue d'aujourd'hui sépare les deux niveaux : le caractère, la forme de la graine, et ses états, lisse ou ridée. La relation, elle, n'a pas changé de porteur. Elle lie deux états d'un même caractère, et il faut désormais l'écrire ainsi.
L'expression fait perdre trois choses, et aucune n'est un détail de vocabulaire.
Les quatre sont documentés, et les deux premiers sont ceux que le programme retient nommément. Convention préalable : l'état d'un caractère gouverné par un allèle est celui que présente l'individu qui ne porte que cet allèle, c'est-à-dire l'homozygote. Lorsque cet homozygote n'existe pas, c'est l'état que l'allèle fait apparaître et qui manque en son absence. Choisir un système.
La relation observée ne se lit pas dans la séquence : elle résulte de la manière dont la quantité de produit fonctionnel se traduit dans le caractère mesuré. La plupart des allèles mutés d'une enzyme donnent, à l'état hétérozygote, la moitié de l'activité de l'homozygote sain. Ce n'est pas la moitié du caractère pour autant. Dans une chaîne métabolique, le flux ne dépend que faiblement de la quantité d'une enzyme particulière : la moitié de l'enzyme laisse passer presque tout le flux, et l'état de l'individu hétérozygote ne se distingue pas de celui de l'homozygote sain. L'état sain est alors dominant, et l'on dit, par raccourci, que l'allèle muté est « récessif ». Il en va autrement lorsque le caractère observé dépend directement de la quantité de produit. C'est le cas des récepteurs aux lipoprotéines de basse densité, dont dépend l'épuration du cholestérol : dans l'hypercholestérolémie familiale, la moitié des récepteurs ne suffit plus, et l'hétérozygote présente un état distinct de celui de l'homozygote sain. Le même type d'allèle muté devient alors « dominant ». Rien n'a changé dans l'allèle. Ce qui a changé, c'est la courbe qui relie la quantité de produit au caractère observé.
Et à l'échelle du produit lui-même, la question ne se pose dans aucun des deux cas : zéro, cinquante et cent pour cent restent trois quantités distinctes et mesurables. À l'échelle moléculaire, il n'y a jamais de dominance. Elle n'apparaît qu'au moment où l'on regarde un caractère dont la réalisation sature, ou franchit un seuil.
Les commandes ci-dessous portent les deux relativités : le couple d'allèles comparés, et le caractère observé avec son échelle. Changer l'un ou l'autre change la relation, donc la phrase. La phrase fautive, elle, ne bouge pas : c'est précisément ce qu'on lui reproche.