Des pelages de chats pour entrer … en génétique

avatar-claire-small Par ChanteClac

La génétique, science qui étudie notamment la relation entre gènes et caractéristiques des individus, est un domaine complexe, tout en nuances. Lorsqu’on fait ses premiers pas en génétique en tant qu’élève, au cours de la scolarité obligatoire, on rencontre généralement des exemples d’une grande simplicité. Dans ces exemples – qui sont toujours un peu les mêmes – on considère qu’un unique gène, existant sous deux formes différentes (ou trois dans l’exemple phare du groupe sanguin), détermine de façon sûre une caractéristique de l’individu, sans que d’autres gènes interfèrent, sans que l’environnement interfère.

Pourtant, de tels systèmes n’existent pas et on a tout le mal du monde, dans la suite de la scolarité, à construire sur ces bases ! Sans compter que certains élèves ont tôt fait de « comprendre » qu’ils ne sont pas les enfants légitimes de leurs parents, ce qui n’est pas sans conséquence.

Il faut bien commencer simple, me direz-vous, alors comment faire ? Dans ce billet, sans prétendre avoir la solution miracle, je défends l’idée d’une entrée en génétique par l’étude d’exemples d’une certaine complexité, assortie d’un travail sur la notion de modèle. Et l’exemple qui va nous servir est celui du déterminisme génétique de la coloration du pelage… des chats.

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L’observation avant tout !

Avant de manipuler des modèles de la génétique de la coloration du pelage des chats, la moindre des choses est d’avoir observé de nombreux chats sous toutes les coutures, et d’avoir bien décrit leurs pelages. De cette observation, il ressort les constats suivants :

  • certains chats ont un pelage de teinte uniforme sur toute la surface du corps. Ci-dessous, voici un chat uniformément noir et un chat uniformément gris, mais il y en a aussi des blancs et des marron plus ou moins clair (chocolat, cannelle, etc …). Il ne semble pas y avoir de chat roux de teinte vraiment uniforme.

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  • d’autres chats ont un pelage tigré sur toute la surface du corps, avec une grande diversité dans les teintes et dans la forme des dessins obtenus. Ci-dessous, voici un chat tigré dont les zones les plus sombres sont noires et un chat tigré dont les zones les plus sombres sont rousses, mais certains ont leurs zones les plus sombres grises ou marron plus ou moins clair.

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  • d’autres chats encore ont un pelage organisé en taches. Chaque tache est soit d’une teinte uniforme, soit tigrée. Ci-dessous, voici deux chats à taches uniformes respectivement blanches/noires et blanches/grises :

chat_9         chat_10

  • toutes les combinaisons de taches ne semblent pas possibles. Ainsi, on a beau chercher dans sa mémoire, dans son quartier et surtout sur internet :
    • on ne trouve pas de chat ayant à la fois des taches uniformément noires et des taches uniformément grises (que ce soit avec ou sans taches blanches).
    • on trouve, comme illustré ci-dessous, des chats ayant à la fois des taches blanches, des taches noires et des taches rousses (ces dernières toujours légèrement tigrées), on trouve aussi des chats ayant à la fois des taches blanches, des taches grises et des taches beige très clair (versions comme éclaircies — ou diluées — des taches noires et rousses), mais jamais de chat avec à la fois des taches de teintes soutenues et des taches de couleurs éclaircies (noir et beige très clair, ou gris et roux sont introuvables).

chat_35chat_13

artetglam.blogspot.fr/2014/09/rencontre-avec-une-petite-chatte.html

  • Certains chats ont un pelage qui n’est ni en taches, ni uniforme : les teintes sont comme en dégradé, comme dans le cas du chat de gauche ci-dessous. Cela peut se combiner avec la présence de taches blanches, avec dans ce cas des zones bien blanches et des zones en dégradé (chat de droite ci-dessous).

chat_20         chat_36

Un tel travail d’observation peut s’effectuer à tous les niveaux de la scolarité et donner lieu à la production de croquis, de descriptions orales ou écrites. On peut apprendre à partir du général (« Ce chat comporte des taches noires sur fond blanc, le blanc occupant environ 80% de la surface du corps et le noir 20% ») et à aller vers le particulier (« la jonction entre les taches n’est pas très nette : il y a comme un mélange entre les poils noirs et blancs sur une zone d’environ un centimètre de large au niveau de chaque jonction ») … On peut travailler le vocabulaire anatomique, faire aussi tout un travail sur la précision apportée par les adjectifs. Les possibilités sont infinies, autant que l’intérêt des enfants.


Une vision populationnelle et quantitative

On peut avoir une approche populationnelle à l’échelle d’un quartier : si chaque enfant d’une classe ou d’une école prend en photo et décrit les chats de ses voisins (en veillant à demander s’il est bien le premier à le faire pour éviter les doublons), on peut obtenir rapidement un échantillon très conséquent, et traiter les données avec un regard statistique. Quelle est la proportion des chats intégralement blancs dans l’échantillon ? Quelle est la proportion des chats ayant des tigrures ? Quelle est la proposition des chats aux teintes comme « diluées » ? Quelle est la proportion des chats ayant des zones de pelage de 3 types (par exemple : blanc, tigré-noir et tigré-roux) ? Les proportions sont-elles les mêmes parmi les mâles et parmi les femelles de l’échantillon ? aoshima-catsL’échantillon étant amené à évoluer (par exemple d’année en année si on agglomère les observations de plusieurs générations d’élèves), les proportions calculées sont aussi amenées à changer. C’est une excellente occasion de discuter de la valeur d’un échantillon et de sa représentativité. Et pourquoi ne pas faire des comparaisons géographiques, en proposant à des élèves de classes distantes d’échanger sur les caractéristiques des populations de chats de leur quartier ?


Un zoom sur les apparentés

Toutes ces observations posent la question de l’origine de la teinte du pelage d’un chat. Une première réponse peut venir de l’observation de portées de chatons. On constate que :

  • certaines portées sont très homogènes (tous les chatons ont peu ou prou le même type de pelage, éventuellement semblable à celui de la mère) :

portee-de-chatons-siamois portee-de-chatons-tigrés

  • d’autres portées brillent par la diversité des pelages des chatons :

portee-de-chatons-divers           portee-de-chatons-variés

Cela sent la diversité génétique à plein nez, sans exclure pour autant une composante environnementale.


Un tout premier modèle de déterminisme de la couleur du pelage

En étudiant la descendance de parents chats de pelage connu, en analysant les pigments qui colorent les poils et la façon dont ces pigments sont fabriqués par certaines cellules du chat, des vétérinaires et généticiens ont construit des modèles qui décrivent la façon dont le patrimoine génétique du chat se traduit en termes de coloration du pelage, et la façon dont ce patrimoine se transmet de génération en génération. Ces modèles sont plus ou moins complexes, mais ils sont tous bien moins complexes que la réalité ! Ils ne sont pas gravés dans le marbre, et il n’ont pas prétention à expliquer parfaitement toutes les colorations du pelage possibles, mais ils jouent leur rôle de modèles sur lesquels on peut appuyer son raisonnement. Il faut toujours bien garder conscience de leur imperfection.

Voici un premier modèle qui considère 1 seul gène du déterminisme de la coloration du pelage : le gène « White » (Blanc en anglais). Le modèle considère que ce gène existe sous deux formes. Une forme notée W (majuscule) et une forme notée w (minuscule). Un chat comporte, dans chacune de ses cellules, deux exemplaires de ce gène, qui sont des copies de l’exemplaire apporté respectivement par l’ovule de la mère et par le spermatozoïde du père. Un chat peut donc avoir, dans chacune de ses cellules, deux exemplaires correspondant à la forme W (on parle d’un chat de génotype WW), deux exemplaires correspondant à la forme w (chat de génotype ww) ou alors un exemplaire de chaque forme (chat de génotype Ww). Dans ce modèle, les chats WW et Ww ont un pelage intégralement blanc (mais leurs yeux sont colorés) alors que les chats ww ont des zones de pelage de teinte autre que blanche (noire, grise, rousse, etc., avec ou sans tigrures). Le modèle ignore la possibilité d’un changement de nature d’un gène (il ne considère pas l’éventualité de mutations).

Je vous propose un petit exercice :

Quel est le génotype de ce chaton pour le gène « white » ?

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Réponse … ce chat n’est pas intégralement blanc de pelage, donc selon notre modèle, il a deux exemplaires du gène « White » correspondant à la forme ww (et ce dans chacune de ses cellules). Autrement dit, il est de génotype ww.

Et le génotype de cette chatte ?

chat_WW_ou_Ww

Réponse : elle est intégralement blanche de pelage – à supposer que son ventre soit tout blanc – et elle a les yeux colorés (jaunes en l’occurrence), donc selon notre modèle, elle est soit de génotype WW, soit de génotype Ww. On peut écrire qu’elle est de génotype W_ (où _ signifie une incertitude sur le nature de l’un des deux exemplaires du gène).

Notre modèle minimal permet déjà de raisonner …

Mettons que la chatte blanche donne naissance à la portée suivante, par croisement avec un mâle inconnu :

chatons-blancs-couches-r-default

Pouvez-vous maintenant préciser le génotype de la mère, WW ou Ww ?

Réponse : dans la portée, il y a au moins deux chatons qui ne sont pas tout blancs, et dont on dit donc, d’après notre modèle, qu’ils ont pour génotype ww au gène « White ». Sur les deux exemplaires du gène « White » présents dans les cellules d’un chaton coloré, l’un est une copie de l’exemplaire fourni par l’ovule de la mère. Puisque ce chaton a pour génotype ww, la mère a forcément fourni un exemplaire w. C’est donc qu’elle en avait un à fournir, ce qui indique qu’elle était de génotype Ww.

Si, portée après portée, la mère n’avait fourni que des chatons tout blancs, on aurait eu de plus en plus de raisons de penser que son génotype était WW, et qu’elle ne pouvait donc pas fournir d’exemplaire  de forme w du gène « White ». Sauf si les pères étaient tous de génotype WW, ce qui est assez peu probable !

Et le père de la portée ci-dessus, justement, puisqu’on en parle ?

Réponse : on peut raisonner comme pour la mère. Puisqu’il y a un chaton coloré dans la portée, ce chaton de génotype ww a forcément reçu un exemplaire w de son père. Le père de ce chaton ne peut donc pas être de génotype WW. Il peut en revanche aussi bien être Ww (donc tout blanc) que ww (donc coloré) … on n’en sait rien.

Bref, avec ce tout premier modèle en tête, on ne regarde déjà plus les chats de la même façon? Quand vous penserez « Toi, Mister ww, la prochaine fois que tu viendras gratter dans mon potager, tu verras de quel bois je me chauffe ! », vous saurez que vous êtes contaminé par la génétique.

Il est bien sympa, ce modèle, mais il nous conduit tout de même à mettre des chats très différents dans le même panier. Voici trois chatons de génotype ww :

ww_chatons

Je ne sais pas vous, mais moi, j’aimerais un modèle qui permette de les étiqueter différemment.


Soyons fous : enrichissons notre modèle en ajoutant un second gène !

Vous vous rappelez — de nos observations initiales — que les zones colorées du pelage peuvent être de teinte soutenue (noire, rousse …) ou diluée (grise, beige clair …) ? Nous vous proposons de modéliser cela par l’intervention d’un gène ayant un effet de dilution des teintes, le gène « Dilute ». Mettons que ce gène existe sous deux formes D et d, et que la dilution ne s’observe que chez les individus de génotype dd. Pour mémoire, cette modélisation ne tombe pas du ciel, elle est le fruit d’observations de familles de chats et de la compréhension des modalités de synthèse des pigments du pelage.

Avec notre nouveau modèle à 2 gènes, un chat peut avoir 9 génotypes différents :

  • WW pour le gène « White » et DD pour le gène « Dilute »
  • WW pour le gène « White » et Dd pour le gène « Dilute »
  • WW et dd
  • Ww et DD
  • Ww et Dd
  • Ww et dd
  • ww et DD
  • ww et Dd
  • ww et dd

N’en jetez plus ! Et quelles têtes — ou plutôt, quelles teintes de pelages — ont ces 9 catégories de chats ?

Tous ceux qui ont le génotype W_ au gène « White » sont totalement blancs, quel que soit leur génotype au gène « Dilute ». En effet, Coluche nous l’a dit : plus blanc que blanc, c’est transparent. Bref, la dilution éventuelle n’est visible que s’il y a un pigment à diluer. Quant aux chats de génotype ww au gène « White », ils ont des teintes soutenues s’ils sont de génotype DD ou Dd au gène « Dilute », et ils ont des teintes diluées s’ils sont de génotype dd au gène « Dilute ».

Prêts pour manipuler le modèle ? Commençons par réinterpréter le cas des chats étudiés avec le premier modèle.

Le chaton gris ? Génotype ww pour le gène « White » et dd pour le gène « Dilute » (le gris étant une version diluée du noir). Il ne cache pas son jeu … euh, son génotype !

La chatte blanche ? Génotype W_ pour le gène « White » et génotype inconnu pour le gène « Dilute ».

Et la chatte blanche au vu de sa portée ? Sauf erreur de ma part, un de ses chatons a des taches grises, donc diluées, ce qui signifie selon notre modèle qu’il a pour génotype dd au gène « Dilute », et donc que sa mère lui a transmis d. Elle est donc de génotype Dd ou dd. Bref, l’observation de la portée permet de restreindre les génotypes possibles pour cette chatte blanche : W_ d_.

Et maintenant, quelques nouveaux :

Chatte_noire_chaton_gris

Que pensez-vous de la chatte ci-dessus ? Et de son chéri qu’elle a oublié de nous présenter ? — les chatons d’une portée n’ont pas forcément tous le même père, ce qui complique les choses, mais oublions cela pour le moment — Si on ne voyait qu’elle, sans ses petits, on dirait ww DD ou ww Dd (pas toute blanche donc ww et non diluée donc DD ou Dd). Elle a plein de chatons tous colorés, donc le mâle est assez probablement ww lui aussi (ou Ww ayant fourni w à tous les petits, mais en tout cas pas WW). Parmi les petits, plusieurs –perso, je n’arrive pas à les compter — sont noirs, donc non dilués, mais au premier plan, on a un choupinou qui nous informe bien. Il est gris, donc ww dd, si bien qu’à la fois son père et sa mère lui ont fourni un exemplaire d du gène « Dilute ». La mère étant noire, elle n’a pas pour génotype dd, pourtant elle a transmis d à un de ses petits, donc elle est de génotype Dd pour le gène « Dilute ». Pour le père, si père unique il y a, entre Dd et dd, on n’en saura rien tant qu’il n’aura pas montré le bout de son nez. La portée est donc issue d’une femelle ww Dd et possiblement d’un mâle w_ d_, qui peut être tout blanc, tout noir, tout gris, tout roux ou tout beige — pour le roux et le beige, seulement si la portée n’est faite que de chatons mâles, nous verrons cela très bientôt –, ou encore de ces mêmes teintes avec des zones blanches. Pour lui réclamer la pension alimentaire, on est pas prêts de le coffrer sur la base de sa couleur !


Noir et/ou roux : modélisons un caractère lié au sexe

Dans la rubrique sur l’analyse populationnelle, je vous suggérais de comparer les fréquences des types de pelages chez les mâles et chez les femelles. Il s’avère que seules les femelles combinent des tâches dans les teintes de noir (dilué en gris ou non) et des taches dans les teintes de roux (dilué en beige ou non), et ce avec ou sans zones blanches. Voici donc une chatte dont on peut connaître le sexe sans mener d’investigation poussée sur son anatomie intime :

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Notre modèle ne permet pas d’expliquer pourquoi certains chats ont un pelage coloré noir (ou sa version diluée grise), d’autres chats un pelage coloré roux (ou sa version diluée beige). A fortiori, il n’explique pas pourquoi les femelles peuvent avoir à la fois du noir et du roux (ou du gris et du beige), mais pas les mâles.

Conclusion : notre modèle est incomplet … on le savait déjà, mais ça va mieux en le redisant.

Pour pouvoir modéliser le déterminisme de la teinte rousse ou noire des taches colorées, faisons un petit détour par le déterminisme du sexe. Chez le chat, il y a des mâles et des femelles –scoop–, et comme dans le cas de l’espèce humaine, le sexe est corrélé au caryotype, c’est-à-dire au contenu chromosomique des cellules : pour le faire court, les chromosomes sont des structures cellulaires bien visibles au moment où les cellules se divisent, et chaque cellule d’un chat en contient 38. Après photographie, on peut ranger les chromosomes pour produire ce que l’on appelle un caryotype  — ci-dessous, le caryotype d’un chat mâle. On constate que les chromosomes sont identiques deux à deux (paire A1, paire A2, etc …). Il y a seulement une paire un peu bizarre : chez les femelles, rien de spécial, mais chez les mâles, les deux éléments de la « paire » n’ont pas du tout la même taille. Ce sont ces chromosomes mal appariés chez les mâles que l’on appelle les chromosomes sexuels X et Y. Dans chaque cellule, les chats mâles ont un chromosome X et un chromosome Y, alors que les femelles ont deux chromosomes X et pas de chromosome Y.

caryotype
Toutefois, chez les femelles, dans une cellule donnée, seul un chromosome X « fonctionne » (l’autre est en veilleuse). Le chromosome X qui fonctionne n’est pas le même dans toutes les cellules, mais il y a des plages de cellules voisines qui ont le même chromosome X actif.

Ceci étant dit, faisons un second détour par la nature du pigment des poils de chat. Ce pigment est ce que l’on appelle de la mélanine — c’est le même pigment que dans nos cheveux humains. Ou plutôt des mélanines, car il y en a de plusieurs sortes, qui n’ont pas la même teinte. L’un des –assez nombreux — gènes responsables de la synthèse des mélanines est localisé sur le chromosome X, et il est absent du chromosome Y. Nous allons intégrer ce gène à notre modèle, qui va commencer à devenir respectable, avec ses trois gènes dont un localisé sur le chromosome X !

Appelons notre nouveau gène « Orange » et distinguons deux versions : la version O et la version o. Une femelle peut avoir pour génotype OO, Oo ou oo pour ce gène, alors qu’un mâle peut avoir OY (on note Y pour signifier qu’il y a un chromosome Y, non porteur du gène « Orange ») ou oY. Les mâles de génotype OY ont de la mélanine rousse, alors que les mâles oY ont de la mélanine noire (ou brune, mais oublions cette subtilité, laissons-là pour d’autres modélisations plus fines). Quant aux femelles, celles de génotype OO ont seulement de la mélanine rousse, celles de génotype oo ont seulement de la mélanine noire, celles de génotype Oo ont, selon le chromosome qui est en veilleuse, des zones de pelage rousses, d’autres noires (ce qui n’exclut pas la possibilité de zones blanches par ailleurs … nos modèles précédents n’en parlaient pas, celui-ci non plus).

Avec ce modèle à 3 gènes, un chat peut avoir 45 génotypes différents … ça commence à faire du monde ! N’ayons pas la flemme, les voici tous, mais groupés par apparence semblable, en tenant compte du sexe :

  • W_  _ _  _ _ donne des chats et des chattes entièrement blancs.
  • ww D_ OO donne des femelles rousses.
  • ww dd OO donne des femelles beige clair (roux dilué).
  • ww D_ oo donne des femelles noires.
  • ww dd oo donne des femelles grises (noir dilué).
  • ww D_ Oo donne des femelles ayant des zones noires et des zones rousses.
  • ww dd Oo donne des femelles ayant des zones grises et des zones beiges.
  • ww D_ OY donne des mâles roux.
  • ww dd OY donne des mâles beige clair (roux dilué).
  • ww D_ oY donne des mâles noirs.
  • ww dd oY donne des mâles gris (noir dilué).

Je vous propose de vous approprier notre nouveau modèle à 3 gènes à l’aide d’un nouvel exercice, qui consiste à générer des portées de chat virtuelles à coup de lancers de pile ou face. Cela suppose d’intégrer un petit élément à notre modèle (conforme aux observations faites par les vétérinaires et généticiens) : les trois gènes « White », « Dilute » et « Orange » sont transmis indépendamment les uns des autres.

Voici Monsieur le père, de génotype connu ww Dd OY : il n’est pas tout blanc, il n’est pas dilué mais peut transmettre soit D, soit d à sa descendance, et son seul chromosome X porte un exemplaire « O » du gène « Orange », ce qui fait de lui un chat orange. Il transmet un chromosome X portant O à ses filles et un chromosome Y à ses fils.

Chat_roux
Et voici Madame la mère, de génotype connu Ww dd Oo : elle est toute blanche, transmet forcément d à sa descendance, et lui transmet un chromosome X avec soit O, soit o.

chat-blanc
Je vous propose de générer une portée de 6 chatons du même père. Pour chaque chaton, vous devez tirer à pile ou face la forme du gène fournie par chaque parent, lorsqu’il y a deux possibilités. Allez, faisons un premier chaton virtuel ensemble :

Pour le gène « White » :

  • le père transmet forcément la forme w.
  • un tirage à pile ou face de la forme transmise par la mère me donne … w.

Pour le gène « Dilute » :

  • un tirage à pile ou face de la forme transmise par le père me donne … d.
  • la mère transmet forcément d.

Pour les chromosomes sexuels et le gène « Orange » :

  • un tirage à pile ou face de ce que transmet le père donne … O. Le petit sera donc une femelle.
  • un tirage à pile ou face de ce que transmet la mère donne … o.

Et voilà le génotype de notre chaton virtuel : ww dd Oo

C’est une petite chatte aux teintes diluées, ayant des plages grises et des plages beige clair. Elle peut par exemple ressembler à ceci (avec du blanc sur la photo, mais ce n’est pas obligatoire) :

chaton_dilue_tricolore

En route pour les autres chatons virtuels de la portée ! Je vous laisse faire.


No limit …

On pourrait continuer longtemps à raffiner le modèle, sur la trace des vétérinaires et généticiens, pour expliquer les tigrures, la présence de zones blanches, les colorations dégradées des chats siamois, etc. Mais il y a déjà de quoi faire comme ça.

Je vous propose plutôt un défi utilisant notre modèle à 3 gènes : il s’agit que vous vous donniez un mâle de génotype connu et une femelle de génotype connu, de votre choix, de façon à ce que la diversité des petits possibles issus de ce couple soit la plus grande possible. Est-il possible d’obtenir 11 petits (en deux portées si vous voulez !) représentatifs des 11 types de pelage explicables par notre modèle à 3 gènes ?

Bon défi !

Et si vous n’en avez pas encore assez, voici un second défi : pouvez-vous trouver une photo de portée de chats — avec la mère sur la photo — qui ne puisse pas s’expliquer par l’intervention d’un seul père ?


Pour aller plus loin :

  • Cats as an aid to teaching genetics, Alan C. Christensen, Genetics Education, 2000.
  • Génétique de la couleur et de la texture du pelage chez le chat domestique, Marie Abitbol, Bull. Ac. Vét. France, 2012.

Et surtout, restez curieux.

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4 réflexions sur “Des pelages de chats pour entrer … en génétique

      • Je suis désolée, Dimitri, je ne voulais pas surcharger la lecture : si chaque photo est accompagnée d’un lien, les lecteurs seront gênés dans leur lecture, ce qui n’est pas le but. Mais le lien vers votre blog est à présent ajouté. Merci en tout cas pour cette belle photo, que j’ai choisie parce qu’on y voit très nettement que sur un même animal, le noir est uniforme alors que le roux est tigré : un chat qui n’est pas « agouti » a tout de même des tigrures dans les zones rousses de son pelage.

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