THEME 2 : STABILITE ET VARIABILITE DES GENOMES ET EVOLUTION

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1 THEME 2 : STABILITE ET VARIABILITE DES GENOMES ET EVOLUTION Leçon 3 : Méiose et Fécondation participent à la variabilité des individus Ex 1 : On cherche à étudier un brassage génétique au cours de la reproduction sexuée. document 1: une étape de la méiose document 2: étude la transmission de deux gènes chez un Moustique (Aedes aegypti) Lorsqu'on croise des moustiques homozygotes, l'un de type sauvage (corps gris, oeil prune), l'autre à corps noir et oeil clair, tous les individus de la F1 obtenus sont de type sauvage. Lorsque les femelles F1 sont croisées avec des mâles à corps noir et oeil clair, on obtient les résultats suivants : 698 moustiques à corps gris et oeil prune 712 moustiques à corps noir et oeil clair 290 moustiques à corps gris et oeil clair 282 moustiques à corps noir et oeil prune Le document n 1 représente la prophase de la divisi on réductionnelle d'une méiose. L'allèle sauvage est dominant pour les deux gènes étudiés dans le document n 2 (reformulation correcte : les caractères de type sauvage sont dominants). Les femelles produisent quatre types de gamètes en même proportion. Le croisement étudié ici est un exemple de brassage intrachromosomique. Ex 2 : Une population de volailles comprend des animaux de trois couleurs : noires, blanches bleues. Les volailles noires croisées entre elles donnent des volailles noires. Les volailles blanches croisées entre elles donnent des volailles blanches. Les volailles bleues croisées entre elles donnent : 25% de volailles noires, 25% de volailles blanches et 50% de volailles bleues. On croise une volaille bleue par une volaille noire. Quelle descendance obtiendra-t-on? La couleur des volailles est déterminée par trois allèles. 1

2 Le caractère bleu est dominant sur les caractères noirs et blancs. Dans le dernier croisement, on obtient 50% de volailles bleues et 50% de volailles noires. On obtiendrait la même répartition si on croisait une volaille blanche par une volaille bleue. Ex 3 : On croise deux Drosophiles de souche pure, l'une à yeux [rouge sombre], l'autre à yeux [rouge vif]. Toutes les Drosophiles issues de ce croisement, qui forment la génération F1, ont les yeux rouge sombre. On réalise un croisement test entre une femelle de la F1 et un mâle [rouge vif], on obtient les résultats suivants : 112 [rouge sombre] 330 [rouge vif] D'après ces résultats on peut déduire que : Les allèles déterminant le caractère [rouge sombre] sont dominants. Si la réalisation de ce caractère est gouvernée par un couple d'allèles, les proportions attendues en F2 sont 1/2 [rouge sombre] et 1/2 [rouge vif] La prise en compte de deux gènes possédant chacun deux allèles suffit à expliquer les proportions obtenues. Les deux gènes sont situés sur le même chromosome. Ex 4 : On peut réaliser des croisements expérimentaux chez la Drosophile en s'intéressant à 2 caractères : la couleur du corps et la forme des soies. premier croisement : corps gris soies lisses x F1 100 corps gris et soies lisses corps noir soies crochues 2

3 deuxième croisement : F1 x F2 484 corps gris et soies lisses 461 corps noir et soies crochues 30 corps gris et soies crochues 25 corps noir et soies lisses corps noir soies crochues Corps gris et soies lisses sont déterminés par des allèles dominants. Les deux gènes déterminant les caractères sont portés par des chromosomes différents. Le phénotype [corps gris et soies crochues] est dit phénotype recombiné Les crossing-over ne se produisent qu'entre chromosomes homologues. Ex 5 : Sordaria est un champignon se reproduisant grâce à des spores, suivant un cycle schématisé ci-dessous. Chaque spore donne naissance à un filament mycélien qui se développe pour former un nouveau champignon. document 1 : quelques étapes du cycle de reproduction de Sordaria 3

4 document 2 : variation de la quantité d'adn par noyau Le cycle du champignon Sordaria est à prédominance haploïde. La cellule oeuf subit une mitose puis une méiose. La "cellule à deux noyaux" contient des noyaux diploïdes. Il peut y avoir un brassage interchromosomique à la métaphase de la première division. Ex 6 : Le document représente une photographie d'une cellule d'anthère de Lys. Cette cellule a débuté une division particulière, appelée méiose, qui donnera des grains de pollen. L'étape photographiée est la première étape de la méiose : la prophase 1. On peut observer 12 chromosomes, la formule chromosomique du Lys est donc 2n = 12. Cette étape, de durée relativement longue va permettre aux chromosomes de se placer à l'équateur de la cellule. On peut observer des figures appelées crossing-over qui peuvent donner lieu à des recombinaisons alléliques entre chromosomes homologues. 4

5 Ex 7 : Pour déterminer chez le Moustique la position relative des gènes de la couleur du corps et de la couleur de l'œil, on réalise deux séries d'expériences : Série 1 Série 2 Moustiques de type sauvage à [corps gris et œil prune] croisés avec des Moustiques à [corps noir et œil clair] Femelles de F1 croisées avec des mâles à [corps noir et œil clair] En F1, tous les moustiques sont de type [sauvage] En F2 : 35,2 % de moustiques à [corps gris et œil prune] 35,9 % de moustiques à [corps noir et œil clair] 14,6 % de moustiques à [corps gris et œil clair] 14,3 % de moustiques à [corps noir et œil prune] Les résultats obtenus en F1 montrent que le type sauvage, corps gris et œil prune, est dominant. D'après les résultats obtenus en F2, on peut dire que le gène codant pour la couleur du corps et celui codant pour la couleur des yeux sont situés sur des chromosomes différents. Si on prend les symboles suivants : g+ corps gris, g corps noir, p+ œil prune, p œil clair, le génotype des femelles F1 doit être noté (g+//g, p+//p). Le pourcentage de recombinaison de 28,9 % montre que les gènes considérés sont liés. Ex 8 : La levure est un champignon unicellulaire qui vit naturellement à la surface des grains de raisin. Lorsque les conditions sont favorables, les levures se reproduisent par bourgeonnement (étape A). Les cellules issues du bourgeonnement contiennent dans leur noyau exactement le même matériel génétique que leur cellule mère, soit 17 chromosomes. Dans des conditions particulières, deux levures peuvent fusionner (étape B). Si les ressources nutritives s'épuisent, les levures issues des fusions subissent deux divisions successives (étape C) et il se forme quatre cellules contenues dans un asque, capables de sortir et bourgeonner. 5

6 La levure est un organisme diploïde. La division A est une méiose. L'étape C est une méiose. L'étape B correspond à une fécondation. Ex 9 : Chez les végétaux, des zones méristématiques, situées à l'extrémité des racines, assurent la croissance du végétal. Ces zones sont le siège d'une intense prolifération cellulaire. Le taux d'adn est mesuré au cours d'un cycle cellulaire. La cellule mère considérée contient une quantité Q d'adn en début de cycle. Q = 1 unité arbitraire. 6

7 La mitose dure 20 heures. La cellule fille a deux fois moins de chromosomes que la cellule mère. Pour que la quantité d'adn soit conservée par la mitose, il est nécessaire que l'adn de la cellule mère soit doublé par la réplication. Les deux molécules d'adn d'un chromosome dupliqué sont différentes dans leurs séquences. Ex 10 : On croise des Drosophiles de phénotype [sauvage] à corps gris-jaune et oeil rouge sombre avec des Drosophiles mutantes à [corps noir] (mutation "black") et [oeil rouge vif] (mutation "cinnabar"). On obtient une génération F1 de mouches toutes de phénotype sauvage. Une femelle de F1 croisée à un mâle exprimant dans son phénotype les deux mutations donne des oeufs dont l'éclosion fournit : 4 % de mouches à [corps noir et oeil brun] ; 46% de mouches à [corps noir et oeil rouge] ; 46 % de mouches de phénotype [sauvage] ; 4 % de mouches à [corps rayé et oeil rouge]. Les résultats laissent penser que les drosophiles sauvages de la génération parentale ne sont pas de race pure Les caractères (1) sauvages "corps gris-jaune, oeil rouge sombre" sont dominants sur les caractères (1) "corps noir, oeil rouge vif" Les gènes considérés sont localisés sur des chromosomes différents Le phénotype [corps noir, oeil rouge sombre], est dû à un crossing over Ex 11: Neurospora est un champignon microscopique haploïde, dont les principales étapes du cycle de développement sont présentées sur le document 1. On connaît chez ce champignon deux souches qui se distinguent par leur capacité à croître sur un milieu "minimum" sans méthionine (un acide aminé) : la souche sauvage [M+] peut se développer en l'absence de méthionine; la souche mutée [M -] a besoin de méthionine pour se développer. On admet que ce phénotype est déterminé par l'expression d'un couple d'allèles, notés M+ et M -. On croise une souche [M+] avec une souche [M -]. Les spores obtenues en place dans les asques sont cultivées sur milieu minimum sans méthionine. Le résultat, observable après quelques heures, est schématisé sur le document 2. 7

8 document 1 : Représentation simplifiée du cycle de développement de Neurospora document 2 : Résultat de la culture de Neurospora sur milieu minimum (sans méthionine) L'allèle M+ dirige la synthèse d'une enzyme qui catalyse la synthèse de méthionine Les deux noyaux de la cellule issue de la première division sont haploïdes Les trois divisions successives constituent la méiose L'asque de type 2/4/2 s'explique par l'existence d'un crossing-over 8

9 Ex 12 : Chlamydomonas est une algue microscopique, unicellulaire, d'eau douce. Dans certaines conditions, on observe (figure) à l'intérieur d'une cellule de Chlamydomonas (a) une série de divisions donnant naissance à 8 cellules (b) plus petites que la cellule initiale et présentant la même morphologie. Ces 8 cellules (b) sont libérées dans l'eau, elles s'accolent 2 à 2 avec des cellules analogues (b') provenant d'un autre Chlamydomonas, puis fusionnent pour donner une cellule unique (c) qui s entoure d'une paroi épaisse et qui peut rester longtemps à l'état de repos. Si les conditions sont favorables, son enveloppe se rompt et laisse échapper 4 cellules (d) qui grandiront et deviendront semblables à la cellule d'origine (a). Sachant que l'individu (a), point de départ du cycle de développement de Chlamydomonas, est haploïde : Les cellules b sont des gamètes à n chromosomes Les 8 cellules b sont issues d'une méiose suivie d'une mitose Le cycle de développement est haploïde Les 4 cellules d ont toutes le même patrimoine génétique Ex 13 : On croise des Drosophiles de lignée pure aux ailes longues et aux yeux rouges avec des Drosophiles de lignée pure aux [ailes vestigiales et yeux marrons]. En F1, on obtient 100 Drosophiles à [ailes longues et yeux rouges]. le croisement test entre des femelles F1 et des mâles double récessifs donne : 410 individus à [ailes longues et yeux rouges] 400 individus à [ailes vestigiales et yeux marrons] 111 individus à [ailes vestigiales et yeux rouges] 109 individus à [ailes longues et yeux marrons] 9

10 Il s'agit d'un cas de dihybridisme avec deux gènes autosomiques liés. Il y a eu un brassage interchromosomique lors de la prophase 1 de méiose. Le pourcentage de gamètes parentaux est supérieur au pourcentage de gamètes recombinés. On peut schématiser les chromosomes de la cellule F1 comme indiqué sur l'illustration : Ex 14 : Soit deux cellules diploïdes, hétérozygotes identiques possédant deux gènes différents situés sur deux paires de chromosomes différents. Chaque cellule produit deux types de gamètes différents en quantité égale. La fusion de deux gamètes issus de chaque cellule ne peut donner naissance à des individus homozygotes. La fusion de deux gamètes issus de chaque cellule ne peut donner le même génotype que les cellules initiales. La fusion des gamètes issus de chaque cellule donne autant de phénotypes parentaux que de phénotypes recombinés. Ex 15 : Sordaria est un champigon haploïde dont les filaments de mycelium portent des fructifications à l'intérieur desquelles se trouvent des asques contenant à maturité huit spores. On croise une souche sauvage à spores noires avec une souche albinos à spores blanches. Les asques apparus après caryogamie et trois divisions successives de la cellule oeuf sont prélevés et observés. Le document ci-dessous représente l'évolution du taux d'adn au cours des divisions successives de la cellule oeuf conduisant aux ascospores. Le graphique est décomposé en phases successives nomées de A à G : 10

11 La phase C indique une mitose. La phase B correspond à la duplication de l'adn. La phase E divise par deux le nombre de chromosomes. La phase F est une interphase précédant une reproduction conforme. 16.Les 2 allèles d'un même gène A. S'expriment toujours chez un individu hétérozygote B. Sont présents au même locus sur 2 chromosomes homologues C. Peuvent être identiques D. Se séparent lors de la formation des cellules sexuelles 17.Une Génération F1 A. Est formée d'individus homozygotes B. Constitue une race pure C. Est homogène D. Est formée d'individus qui transmettent un seul type de gamètes 18.Les chromosomes homologues A. Ne peuvent être que des autosomes B. Portent au même locus des allèles du même gène C. Sont présents dans les gamètes humains D. Se disjoignent lors de la méiose E. Portent des gènes différents 19.Un individu homozygote A. Peut être de phénotype dominant B. Peut être de phénotype récessif C. Peut être de phénotype intermédiaire dans un cas de codominance D. Porte 2 allèles représentés par une lettre minuscule en écriture conventionnelle E. Porte 2 allèles différents du même gène 11

12 20.Une génération parentale P A. Est formée d'individus de même génotype B. Est phénotypiquement homogène C. Est phénotypiquement hétérogène D. N'est constituée que d'individus homozygotes récessifs E. Est constituée d'individus hétérozygotes 21.Un couple de souris grises, de phénotype dominant, peut donner naissance à une souris blanche si A. Les parents sont tous les 2 homozygotes B. Les parents sont tous les 2 hétérozygotes C. Il y a codominance D. Il y a eu une mutation E. L'un des parents est de lignée pure 22.Dans une cellule diploïde, 2 allèles d'un même gène A. Sont portés par 2 chromatides soeurs B. Sont constitués par des fragments d'adn C. Peuvent parfois s'exprimer simultanément dans le phénotype D. Sont identiques si le sujet est homozygote E. Sont, pour l'un d'origine paternelle, et pour l'autre, d'origine maternelle 23. A.La chromatide qui porte les alèlles Ab est une chromatide remaniée, recombiée B.La chromatide qui porte les alèlles ab est une chromatide remaniée, recombiée C.Un crossing over correspond à un échange réciproque de fragments de chromatides d'une paire de chromosomes homologues D.La chromatide qui porte les alèlles ab est une chromatide remaniée, recombiée E.Un crossing over correspond à un échange réciproque de fragments de chromatides d'une paire de chromosomes non homologues F.La chromatide qui porte les alèlles AB est une chromatide remaniée, recombiée 12

13 24. La première division de méiose est très différente de la mitose. La prophase I : Lors de cette étape, on observe un appariement des chromosomes formant des. Chaque bivalent est constitué de 2 chromosomes homologues soit 4 chromatides au total. On parle aussi de de chromatides. Les points de contacts physiques entre les 2 chromosomes d'un bivalent sont appelés des. Il y a des échanges possibles d'adn entre chromosomes homologues, on parle de. crossing-over / homologues / bivalents / tétrades / chiasmas 13

14 25. Les asques proposés sont le résultat d'un brassage chromosomique lors de la méiose 1) Un brassage interchromosomique 2) Un brassage intrachromosomique 26. Pour le gène considéré, l'individu qui possède l'équipement chromosomique ci -dessus est : Hétérozygote Homozygote 14

15 27. Que représente ce document 1) Une tétrade de chromatides en prophase I de méiose 2) Une tétrade de chromosomes en prophase I de méiose 3) Un bivalent en prophase I de méiose 4) Une paire de chromosomes homologues appariés en prophase de méiose 5) Une paire de chromosomes homologues appariés en prophase de mitose 15

16 28. Les asques proposés sont le résultat d'un brassage chromosomique lors de la méiose 1) Brassage intrachromosomique 2) Brassage interchromosomique 16