Thème : Génétique et évolution. Chapitre 1 : Stabilité du caryotype au cours des générations successives

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1 Thème : Génétique et évolution. Chapitre 1 : Stabilité du caryotype au cours des générations successives

2 Caryotype d une cellule humaine 2 chromosomes homologues Mêmes gènes mais pas nécessairement les mêmes allèles

3 La reproduction sexuée assure la conservation du nombre de chromosomes caractéristique de l espèce Grand père père fille

4 Cycle biologique de l homme 46 chromosomes 23 chromosomes 23 chromosomes

5 Thème : Génétique et évolution. Chapitre 1 : Stabilité du caryotype au cours des générations successives I. Des cellules haploïdes et des cellules diploïdes

6 Cellule diploïde Formule chromosomique : 2n n : nombre de chromosomes différents d une cellule 2 exemplaires de chaque chromosome Cellule haploïde Formule chromosomique : n 1 exemplaire de chaque chromosome

7 Stabilité du caryotype lors de reproduction sexuée Alternance Phase haploïde Phase diploïde La Méiose Passage de l état diploïde à l état haploïde La fécondation Rétablit la diploïdie

8 Thème : Génétique et évolution. Chapitre 1 : Stabilité du caryotype au cours des générations successives I. Des cellules haploïdes et des cellules diploïdes II. La méiose permet le passage de la phase diploïde à la phase haploïde.

9 Evolution de la quantité d ADN avant et pendant la méiose 2 méiose réplication 1 ère division 1 1/2 interphase 2 ème division

10 Interphase Réplication de l ADN : Les chromosomes sont dupliqués Fin de l interphase : cellules diploïdes aux chromosomes dupliqués (formés chacun de 2 chromatides identiques)

11 La méiose est une suite de 2 divisions successives Dans les organes reproducteurs Précédée d une réplication de l ADN Touche des cellules diploïdes aux chromosomes dupliqués (2n ch avec 2 chromatides par chromosome)

12 début fin Prophase I tétrade - les chromosomes se condensent - les chromosomes homologues se rapprochent et s'accolent sur toute leur longueur (appariement) au niveau des chiasmas (points d'enchevêtrement) - Le fuseau de division se met en place - l'enveloppe nucléaire disparaît chiasma

13 Plaque équatoriale Métaphase I - Les chromosomes homologues appariés se réunissent dans la région équatoriale de la cellule (plaque équatoriale) - Les chromosomes homologues sont fixés sur les fibres du fuseau de division par leurs centromères

14 Chromosomes à 2 chromatides Anaphase I 2 chromosomes homologues - Séparation des 2 chromosomes d une même paire (sans rupture du centromère) - Migration aléatoire des chromosomes vers l un des pôles du fuseau de division

15 Télophase I 2 lots haploïdes de chromosomes - le cytoplasme se divise et il se forme deux cellules haploïdes. - Chaque cellule renferme un lot haploïde de chromosomes (1 chromosome de chaque paire). - une ébauche d enveloppe nucléaire commence à se former autour des 2 lots haploïdes de chromosomes à 2 chromatides

16 Première division Réduction du nombre de chromosomes 1 ère division méiotique = division réductionnelle

17 Prophase II - les chromosomes sont déjà condensés - il se forme un fuseau de division dans chacune des 2 cellules - disparition de la membrane nucléaire.

18 Plaque équatoriale Métaphase II - Chaque chromosome formé de 2 chromatides se fixe par le centromère sur une fibre du fuseau de division - Les chromosomes sont disposés au centre de la cellule et forment la plaque équatoriale - La plaque équatoriale est souvent perpendiculaires au plan de la 1 ère division réductionnelle

19 Chromosome à 1 chromatide Anaphase II Après rupture du centromère les 2 chromatides d un même chromosomes se séparent et migrent chacune vers l un des pôles de la cellule

20 Télophase II - la membrane nucléaire se reforme - les chromosomes se décondensent - le cytoplasme est partagé dans 4 cellules haploïdes

21 Deuxième division Sépare les 2 chromatides de chaque chromosome 2 ème division méiotique = division équationnelle

22 Méiose Première division Deuxième division Sépare les chromosomes de chaque paire Sépare les chromatides de chaque chromosome

23 Évolution de la quantité d ADN avant et pendant la méiose 2 réplication Condensation des chromosomes 1 ère division méiotique : séparation des chromosomes homologues 1 1/2 2ème division méiotique : séparation des chromatides interphase méiose

24 Thème : Génétique et évolution. Chapitre 1 : Stabilité du caryotype au cours des générations successives I. Des cellules haploïdes et des cellules diploïdes II. La méiose permet le passage de la phase diploïde à la phase haploïde. III. La fécondation permet le passage de la phase haploïde à la phase diploïde.

25 La fécondation

26 La fécondation Fusion des 2 noyaux haploïdes pour former un noyau diploïde Cellule oeuf Division de la cellule œuf par mitose toutes les cellules formées seront diploïdes

27 Thème : Génétique et évolution. Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives. A. Des cellules haploïdes ou diploïdes. B. La méiose. C. La fécondation. II. Mécanismes de diversification des êtres vivants. A. Les mécanismes génétiques. 1. La diversité liée à la reproduction sexuée (méiose et fécondation).

28 Un chromosome à deux chromatides Une paire de chromosomes homologues

29 Thème : Génétique et évolution. Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives. A. Des cellules haploïdes ou diploïdes. B. La méiose. C. La fécondation. II. Mécanismes de diversification des êtres vivants. A. Les mécanismes génétiques. 1. La diversité liée à la reproduction sexuée. a. Intérêt des croisements tests dans l étude des brassages génétiques.

30 Phénotype [A] Allèle A Individu homozygote pour le gène responsable des groupes sanguins Allèle O Allèle B Dominance ou codominance Phénotype [A] Phénotype [AB] Individu hétérozygote pour le gène responsable des groupes sanguins

31 Le génotype des individus de phénotype récessif Phénotype [vg] Drosophile de phénotype récessif Génotype (vg//vg)

32 Le génotype des individus de phénotype dominant Drosophile de phénotype dominant [vg+] Génotype (vg+//vg+) Génotype (vg+//vg)

33 Croisement test Drosophile de phénotype dominant [n+] dont on ne connaît pas le génotype Génotype (n+//n) (n+//n+) 21 phénotypes Génotype (n//n) [n] [n+] [n+] Génotype (n+//n) Génotype (n//n) Génotype (n+//n)

34 Thème : Génétique et évolution. Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives. A. Des cellules haploïdes ou diploïdes. B. La méiose. C. La fécondation. II. Mécanismes de diversification des êtres vivants. A. Les mécanismes génétiques. 1. La diversité liée à la reproduction sexuée. a. Intérêt des croisements tests dans l étude des brassages génétiques. b. Diversité liée au brassage intra chromosomique.

35 Analyse de résultats de croisements effectués chez la drosophile. (Pour des caractères codés par des gènes situés sur le même chromosome = gènes liés) Femelle de lignée pure Vg+//Vg+ n+//n+ mâle de lignée pure Vg//Vg n//n 100 % Vg+//Vg n+//n F1 Hétérozygote

36 80% de phénotypes parentaux 20% de phénotypes recombinés Vg+//Vg n+//n Vg//Vg n//n Vg+//Vg n//n Vg//Vg n//n Vg//Vg n+//n Vg+//Vg n+//n

37 Prophase de la 1 ère division méiotique Appariement des chromosomes homologues Chiasmas

38 Mécanisme du crossing over (ou enjambement) Echange de fragments de chromatides entre les 2 chromosomes homologues

39 Thème : Génétique et évolution. Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives. A. Des cellules haploïdes ou diploïdes. B. La méiose. C. La fécondation. II. Mécanismes de diversification des êtres vivants. A. Les mécanismes génétiques. 1. La diversité liée à la reproduction sexuée. a. Intérêt des croisements tests dans l étude des brassages génétiques. b. Diversité liée au brassage intra chromosomique. c. Diversité liée au brassage inter chromosomique.

40 Analyse de résultats de croisements effectués chez la drosophile. (Pour des caractères codés par des gènes situés sur 2 chromosomes différents = gènes indépendants) Femelle de lignée pure mâle de lignée pure (Vg+//Vg+; n+//n+) (Vg//Vg ; n//n) 100 % Hétérozygote F1 (Vg+//Vg ; n+//n)

41 (Vg+//Vg ; n+//n) (Vg//Vg ; n//n) (Vg+//Vg ; n//n) (Vg//Vg ; n//n) (Vg//Vg ; n+//n) (Vg+//Vg ; n+//n) 25 % 25 % 25 % 25 %

42 Chromosomes homologues Chromosomes homologues Métaphase OU Anaphase

43 Thème : Génétique et évolution. Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives. A. Des cellules haploïdes ou diploïdes. B. La méiose. C. La fécondation. II. Mécanismes de diversification des êtres vivants. A. Les mécanismes génétiques. 1. La diversité liée à la reproduction sexuée. a. Intérêt des croisements tests dans l étude des brassages génétiques. b. Diversité liée au brassage intra chromosomique. c. Diversité liée au brassage inter chromosomique. d. Diversité liée à la fécondation.

44 La fécondation amplifie le brassage génétique

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47 Thème : Génétique et évolution. Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives. A. Des cellules haploïdes ou diploïdes. B. La méiose. C. La fécondation. II. Mécanismes de diversification des êtres vivants. A. Les mécanismes génétiques. 1. La diversité liée à la reproduction sexuée. a. Intérêt des croisements tests dans l étude des brassages génétiques. b. Un brassage intra chromosomique. c. Un brassage inter chromosomique. d. Un brassage lié à la fécondation. 2. Les conséquences d anomalies au cours de la méiose. a. Des anomalies du caryotype.

48 Un enfant sur 700 Trisomie 21

49 D autres anomalies chromosomiques Anomalies du crâne, de la face,des pied, Syndrome de Klinefelter Monosomie XXY X Syndrome de Turner Trisomie 18 1/5000 1/800 des mains malformations viscérales ( cœur, rein) évolution toujours mortelle avant l âge d 1an Homme Femme stérile de petite (testicules taille, stérile atrophiés) Aspect absence androgyne de caractères sexuels secondaires Pilosité Intelligence peu développée normal Développement intellectuel le + souvent normal

50 Origine des anomalies chromosomiques

51 maternelle 1ere division : 61,7% 2éme division : 15,3% 1ere division : 11,8% Paternelle 2éme division : 11,2%

52 Thème : Génétique et évolution. Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives. II. Mécanismes de diversification des êtres vivants. A. Les mécanismes génétiques. 1. La diversité liée à la reproduction sexuée. 2. Conséquences d anomalies au cours de la méiose. a. Des anomalies du caryotype. b. Un enrichissement du génome.

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54 Formation d une famille multigénique

55 Expression des gènes Exemple des opsines

56 Comparaison des séquences d acides aminés des opsines et de la rhodopsine Famille multigénique % de différences Demi matrice des distances

57 Thème : Génétique et évolution. Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives. II. Mécanismes de diversification des êtres vivants. A. Les mécanismes génétiques. 1. La diversité liée à la reproduction sexuée. 2. Les conséquences d anomalies au cours de la méiose. a. Des anomalies du caryotype. b. Un enrichissement du génome. 3. Des modifications de l expression des gènes. a. Les gènes du développement.

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59 Résultat d une expérience de transgénèse

60 Synthèse de toutes les protéines nécessaires à la formation de l œil

61 Comparaison du gène responsable de la formation de l œil chez différentes espèces souris drosophile homme Souris 100 % 81,7 % 92,2 % drosophile 100 % 83,3 % homme 100 % Forte homologie de séquence (> 20 %) Ces gènes dérivent d un gène ancestral commun

62 Thème : Génétique et évolution. Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives. II. Mécanismes de diversification des êtres vivants. A. Les mécanismes génétiques. 1. La diversité liée à la reproduction sexuée. 2. Les conséquences d anomalies au cours de la méiose. a. Des anomalies du caryotype. b. Un enrichissement du génome. 3. Des modifications de l expression des gènes. a. Les gènes du développement. b. Modifications de l expression des gènes du développement.

63 Exemples de modifications du territoire d expression de certains gènes du développement

64 Modification du territoire d expression de gènes du développement chez le serpent

65 Modification du territoire d expression de gènes du développement chez la souris

66 Exemple de modifications de l intensité d expression de certains gènes du développement

67 Variation de l intensité d expression d un gène

68 Exemples de modifications de la chronologie ou de la durée d expression de certains gènes du développement (=hétérochronie)

69 Hétérochronie chez les canidés

70 Hétérochronie chez le cerf

71 Hétérochronie chez l oursin

72 Hétérochronie chez axolotl

73 Thème : Génétique et évolution. Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives. II. Mécanismes de diversification des êtres vivants. A. Les mécanismes génétiques. 1. La diversité liée à la reproduction sexuée. 2. Les conséquences d anomalies au cours de la méiose. a. Des anomalies du caryotype. b. Un enrichissement du génome. 3. Des modifications de l expression des gènes. a. Les gènes du développement. b. Modifications de l expression des gènes du développement. 4. Hybridation suivie de polyploïdisation (= association de plusieurs génomes)

74 Exemple de mécanisme permettant l apparition d une espèce polyploïde Mitose anormale (les 2 chromatides d un même chromosome vont dans la même cellule) Reproduction sexuée entre 2 espèces différentes Hybride stérile Cellule haploïde (n = 5) => pas d appariement possible lors de la méiose => stérilité Cellule diploïde Hybride polyploïde fertile

75 Autre exemple de mécanisme permettant l apparition d une espèce polyploïde

76 L histoire d une nouvelle espèce 2n=60 2n=62 Gamète n=30 Gamète n=31 mitose ou méiose anormales 61 chromosomes stérile Doublement du nombre de chromosomes 2n=122 fertile

77 Des polyploïdes dans nos assiettes Citron Prunes Choux Oranges Mandarine Blé Pommes de terre 48 Ch Banane 33 Ch Canne à sucre Avoine 42 Ch Fraise 56 Ch

78 Polyploïdie chez les animaux

79 Thème : Génétique et évolution. Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives. II. Mécanismes de diversification des êtres vivants. A. Les mécanismes génétiques. 1. La diversité liée à la reproduction sexuée. 2. Les conséquences d anomalies au cours de la méiose. 3. Des modifications de l expression des gènes. 4. Hybridation suivie de polyploïdisation (= association de plusieurs génomes) 5. Transfert horizontaux de gènes.

80 Transfert horizontal à partir d ADN libre dans le milieu

81 Transfert horizontal chez les bactéries Propagation de la résistance aux antibiotiques

82 Transfert horizontal par voie virale 1. Le virus déverse son matériel génétique (ARN) dans le cytoplasme de la cellule 6. Formation de nouveaux virus comportant un gène de la cellule hôte 7. Ce gène pourra être transmis lors de la contamination d un nouvel organisme 2. L ARN viral est converti en ADN viral 3. L ADN viral s intègre au génome de la cellule hôte 5. ARN viral modifié 4. La cellule hôte produit de nouveaux virus Un gène de la cellule hôte est incorporé à l ARN viral

83 Mise en évidence d un transfert horizontal

84 Réseau phylogénétique : Arbre phylogénétique de transferts verticaux Réseau phylogénétique des transferts verticaux et horizontaux

85 Thème : Génétique et évolution. Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives. II. Mécanismes de diversification des êtres vivants. A. Les mécanismes génétiques. 1. La diversité liée à la reproduction sexuée. 2. Les conséquences d anomalies au cours de la méiose. 3. Des modifications de l expression des gènes. 4. Hybridation suivie de polyploïdisation (= association de plusieurs génomes) 5. Transfert horizontaux de gènes. B. Les mécanismes non génétiques. 1. Association de plusieurs organismes : la symbiose.

86 Symbiose et modification morphologique

87 Symbiose entre fourmis et champignons

88 Symbiose entre un végétal et une bactérie

89 Symbiose entre un végétal et un champignon : mycorhize Croissance plus importante mycélium Racines sans mycorhize Racines avec mycorhizes

90 Symbiose et synthèse de nouvelles molécules

91 Symbiose entre une algue et un champignon : le lichen Algue Mycélium du Champignon

92 Synthèse de nouvelles molécules synthèse d acide lichénique qui les protège des prédateurs

93 Symbiose et modification de comportements

94 Symbiose entre une anémone de mer et une algue verte Modification du comportement des anémones vivant en symbiose = anémones non symbiotiques

95 Une symbiose chez l homme milliards de bactéries 1,5 Kg!!

96 Thème : Génétique et évolution. Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives. II. Mécanismes de diversification des êtres vivants. A. Les mécanismes génétiques. 1. La diversité liée à la reproduction sexuée. 2. Les conséquences d anomalies au cours de la méiose. 3. Des modifications de l expression des gènes. 4. Hybridation suivie de polyploïdisation (= association de plusieurs génomes) 5. Transfert horizontaux de gènes. B. Les mécanismes non génétiques. 1. Association de plusieurs organismes : la symbiose. 2. Transmission culturelle de comportements.

97 L apprentissage du chant chez les oiseaux

98 Transmission culturelle chez le chimpanzé Chimpanzés ouvrant des noix avec des pierres

99 Transmission culturelle chez le chimpanzé

100 Transmission culturelle chez le Castor