Variabilité génétique et stabilité des espèces

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1 TP-TD 2 Variabilité génétique et stabilité des espèces Objectif et Compétences Faire preuve d'esprit logique et critique Analyser des documents Interpréter des observations Travail à faire : Sur une feuille double, après avoir recopié le titre, réponds à chaque question en respectant l ordre des activités. Introduction : Dans les conditions normales et à l échelle de l espèce, les innovations génétiques (duplication et mutations) sont rares et aléatoires. Elles sont pour la plupart dues à des erreurs dans la réplication de l ADN ou à des remaniements chromosomiques, mais certains facteurs du milieu peuvent augmenter leur fréquence. (UV, radioactivité). Comment expliquer que malgré ces variations, le génome de l espèce reste stable au cours des générations successives? Quels sont les mécanismes fondamentaux de la reproduction sexuée qui permettent la stabilité de l espèce? La reproduction sexuée est universelle dans le monde vivant. Elle permet aux espèces de se perpétuer. Aujourd hui on se propose, à partir de l étude de deux exemples, de comprendre quels sont les caractéristiques et les mécanismes fondamentaux et constants de cette reproduction sexuée. Activité 1 : Unité et diversité des cycles biologiques Objectifs : Mettre en évidence l alternance des phases haploïdes et diploïdes chez une moisissure, Sordaria macrospora. Comparer ce cycle à celui des Mammifères. Problème : Quelles sont les caractéristiques de tels cycles biologiques? 1-1 Le cycle biologique d un ascomycète : Sordaria macrospora est un champignon ascomycète c est à dire que ses spores ( = élément unicellulaire permettant, après dissémination et germination, le peuplement du milieu) se forment dans des étuis, les asques. Il est formé de filaments ramifiés constituant le mycélium. Chaque filament est constitué d une suite de cellules nucléées haploïdes (à n= 7 chromosomes). La reproduction sexuée de cette moisissure est obtenue par la réunion de deux filaments mycéliens. Cette rencontre entre deux filaments mycéliens donne des cellules à deux noyaux qui se multiplient et forment un organe massif, une fructification : le périthèce chaque périthèce apparaît dans une culture sous forme d une petite granulation noire). Certaines cellules du périthèce ont une évolution particulière. Leurs deux noyaux fusionnent (caryogamie), ce qui correspond à une fécondation. Chacune de ces cellules dont le noyau est maintenant diploïde constitue une cellule œuf ou zygote. Chaque cellule œuf subit une méiose puis une mitose et donne ainsi naissance à un asque qui contient huit noyaux haploïdes disposés en file (les divisions du noyau ne sont pas accompagnées de divisions u cytoplasme et les axes des différents fuseaux de division sont alignés dans l asque). Par division du cytoplasme puis fabrication de parois cellulaires il y a formation dans chaque asque de huit spores (=ascospores). Libérées, les spores germent en donnant chacune un nouveau mycélium haploïde. A partir du document en annexe 1 A- Légende le cycle de Sordaria présenté sur l'annexe 1, en utilisant les informations apportées par le texte. B- Note et colorie en rouge la phase diploïde, et en bleu, la phase haploïde. C- Identifie et défini les mécanismes biologiques permettant l'alternance de ces phases. D- Indique clairement la place de la méiose et de la fécondation.

2 1-2 Le cycle biologique de l Homme : A partir du document en annexe 2 A- Note et colorie sur le cycle des Mammifères (Annexe 2) en rouge la phase diploïde, en bleu, la phase haploïde. B- Identifie les cellules que l'on peut qualifier de diploïdes et d'haploïdes, 1-3 L alternance des phases : A- Le cycle de vie des mammifères est souvent qualifié de cycle à diplophase dominante. Justifier la dénomination de cycle à haplopahse dominante attribuée à Sordaria macrospora. B- Indique comment identifier les organismes haploïdes et diploïdes. C- BILAN: Compare les 2 cycles observés Activité 2 : Les mécanismes de la méiose Objectif: Mettre en évidence les caractéristiques et les mécanismes de la méiose. Problème : Quelles sont les caractéristiques cytologiques de la méiose? Comment évolue le nombre de chromosomes au cours de la méiose? A quel moment de celle-ci se fait la réduction du nombre de chromosomes? Le processus de reproduction sexuée implique la fusion de cellules mâles et femelles spécialisées,les gamètes, pour former un zygote possédant un nombre diploïde de chromosome (chez l homme 2n=46). Chaque gamète contient par conséquent le nombre haploïde de chromosomes (chez l homme n=23), égal à la moitié du nombre diploïde. La production des gamètes résulte d une forme particulière de division cellulaire appelée méiose qui n existe que dans les cellules germinales pendant la formation des gamètes, et qui aboutit à une cellule haploïde (la méiose est également appelée gamétogenèse). 2-1 L'ADN durant la méiose A partir du document en annexe 3 A- Explique le doublement de la quantité d'adn visible entre les points ① et ② B- Explique à quoi correspond la première diminution de la quantité d'adn entre les points ② et ③ C- Explique à quoi correspond la première diminution de la quantité d'adn entre les points ③ et ④ D- Indique combien il y a de chromosomes à chacun de ces stades E- Repère le moment de la réduction du nombre de chromosomes à l origine du passage de la phase diploïde à la phase haploïde. F- Repère le nombre de division durant la méiose. 2-2 Le déroulement de la méiose A partir des observations faîtes dans la partie 2-1 et du document en annexe 4 A- Remets dans l ordre les photographies de l annexe 4 en justifiant tes choix.(découpe et colle la photographie sur la gauche de ta copie...) B- Indique à droite (en face de la photographie) les éléments caractéristiques observés à chaque étape C- Nomme chaque étape à partir du document annexe 5 D- Bilan: Établis un schéma bilan des étapes de la méiose, en partant d une cellule à trois paires de chromosomes (trois paires que tu schématiseras par trois couleurs : vert, bleu et rouge) Activité 3 : Des anomalies au sein des caryotypes A partir des doc. p 116/117, réponds aux questions p 117.

3 Annexe 1 Le cycle de développement d un champignon ascomycètes du groupe des moisissures, Sordaria macrospora. Annexe 5 La méiose est un ensemble des deux divisions cellulaires successives aboutissant à la formation de gamètes par réduction chromatique. La première correspond à une division réductionnelle. Elle se divise en 4 phases (comme la mitose). Tout d'abord la prophase (I) qui correspond à la condensation de la chromatine avec appariement des chromosome homologues. Elle se termine avec la disparition de l'enveloppe nucléaire. Puis c'est la métaphase (I) pendant laquelle les paires de chromosomes homologues se placent sur le plan équatorial de la cellule. Leur orientation se fait de façon aléatoire c qui permet un brassage interchromosomique. On appelle ce phénomène la «ségrégation indépendante». Viens ensuite l'anaphase (I) pendant laquelle chaque chromosome s'éloigne de son homologue et migre au pôle opposé. Et enfin la télophase (I) durant laquelle les enveloppes nucléaires réapparaissent dans chaque cellules. On aboutit a la formation de 2 cellules haploïdes à n chromosomes à deux chromatides. La seconde division est équationnelle. On y retrouve les 4 mêmes phases. La prophase (II), identique à la précédente mais plus brève car les chromosomes sont restés compactés durant une interphase elle aussi écourtée. La métaphase (II) durant laquelle les chromosomes se placent sur la plaque équatoriale, puis l'anaphase (II) ou les chromatides de chaque chromosome se séparent et migrent vers des pôles opposés de la cellule, et pour finir la télophase (II) aboutissant à la séparation en deux, formant ainsi 4 cellules à n chromosomes à une chromatide.

4 Annexe 2 Annexe 3 Évolution de la quantité d'adn au cours de la méiose.

5 Annexe 4

6 TP-TD 2 Variabilité génétique et stabilité des espèces Activité 1 : Unité et diversité des cycles biologiques BILAN La comparaison des deux cycles étudiés (le cycle d un champignon ascomycètes (Sordaria macrospora) et le cycle d un mammifère (Homo sapiens)) nous permet de montrer que: Dans tout cycle de reproduction sexuée, il y a alternance entre une phase diploïde et une phase haploïde. La méiose permet le passage de l état diploïde à l état haploïde La fécondation rétablie la diploïdie La méiose et la fécondation sont des évènements fondamentaux et complémentaires de toute reproduction sexuée. L alternance de ces deux phases permet de constituer de nouveaux assortiments chromosomiques tout en assurant le maintien du caryotype de l espèce. La durée des phases est variable selon les organismes : chez certains organismes (les animaux et certains végétaux), la phase diploïde domine, on parlera de cycle à diplophase dominante. Les organismes seront qualifiés de diploïde. chez d autres (Sordaria par exemple) c est la forme haploïde qui domine et nous parlerons de cycle haplo-- diplophasique ou de cycle à haplophase dominante. Les organismes seront qualifiés d haploïde. Activité 2 : Les mécanismes de la méiose 2-1 L'ADN durant la méiose

7 Activité 2 : Les mécanismes de la méiose 2-2 Le déroulement de la méiose PROPHASE 1 Début Les chr ont un aspect de long filament grêle. Chaque chr est double, il est composé de 2 chromatides. Les chr homologues sont partiellement associés par paire La condensation des chr augmente. TELOPHASE 1 Obtention de 2 cellules à n chr (chaque chr a 2 chromatides) PROPHASE 2 Appariement des chr homologues Les chr deviennent + courts PROPHASE 1 Fin Les paires sont totalement appariées et condensées METAPHASE 2 Placement à l équateur METAPHASE 1 ANAPHASE 2 Chaque paire se place à l équateur Séparation des chromatides de chaque chr ANAPHASE 1 Début de séparation des 2 chrs homologues de chaque paire ANAPHASE 1 Séparation des 2 chrs homologues de chaque paire TELOPHASE 2 Obtention de 4 cellules à n chr