GÉNÉTIQUE DES POPULATIONS Exercices - M1 BIP 2017-2018 Exercice 1 Dans une population de plantes hermaphrodites de grande taille, on a trouvé des plantes à fleurs blanches [B] et des plantes à fleurs rouges [R]. Toutes les plantes [B] autofécondées ou croisées entre elles ont toujours donné des descendants [B]. Certaines plantes [R] autofécondées ou croisés avec n importe quelle autre plante ont donné des descendants tous [R]. Les autres plantes [R] ont donné en autofécondation environ 3 descendants [R] pour 1 [B]. 1) Comment pouvez-vous expliquer ces résultats (vous préciserez le nombre de loci impliqués, ainsi que la dominance de chaque allèle)? 2) Quel serait le résultat d un croisement entre le deuxième type de plantes [R] avec une plante [B]? On collecte des fleurs dans deux populations de gueule-de-loup, pour laquelle trois couleurs de fleurs existent en proportions différentes. On échantillonne au hasard en supposant que l on a un échantillon représentatif des populations. 3) On réalise un premier bouquet composé de 85 fleurs rouges, 38 roses et 27 blanches, et un second avec 22 fleurs rouges, 40 roses et 102 blanches : estimez la fréquence relative des trois couleurs de fleurs dans les deux populations. 4) Chez la gueule-de-loup, la couleur des fleurs est gouvernée par un déterminisme génétique très simple, un seul locus à deux allèles R et B codominants. L'allèle R confère la couleur rouge et l'allèle B la couleur blanche. Quelle est dans chacune des populations précédentes la fréquence des individus de chacun des génotypes? 5) Calculer les fréquences alléliques dans chacune des populations Exercice 2 Certains insecticides ont pour cible l'enzyme acétylcholine estérase (AChE, présente au niveau des synapses cholinergiques et ayant pour rôle l'hydrolyse du neuromédiateur acétylcholine) qu'ils inhibent. Les anomalies de fonctionnement du système nerveux qui en résultent entraînent la mort de l'insecte sensible. Chez le moustique, le gène codant pour cette enzyme, dont l'allèle sauvage est AChE S, a subi une mutation ponctuelle et possède un nouvel allèle AChE R. Cet allèle code pour une enzyme moins sensible à l'action de l'insecticide. Il est possible de distinguer 3 phénotypes biochimiques à l'aide d'un test biochimique de l'activité de l'enzyme acétylcholinestérase. Dans une population de Camargue, on a ainsi trouvé 220 AchE S /AchE S, 130 AchE S /AchE R, et 66 AChE R /AChE R. Calculer les fréquences alléliques à ce locus.
Exercice 3 Soit une plante strictement allogame (où l autofécondation est impossible). Sur un seul pied qui sera appelé pied «mère», on a prélevé un très grand nombre de graines. L activité d une enzyme codée par un seul gène et présentant 3 allèles a été étudiée chez toutes ces graines, ce qui a permis de déterminer leur génotype. Les fréquences génotypiques observées sont les suivantes : Génotype fréquence A1/A1 0,05 A2/A2 0,10 A1/A2 0,15 A1/A3 0,35 A2/A3 0,35 On a malheureusement oublié de déterminer le génotype du pied «mère». 1) En observant quels sont les génotypes présents dans sa descendance, déduire le génotype du pied «mère». 2) Calculer la fréquence des trois allèles A1, A2, A3 dans l échantillon de graines. 3) On appellera respectivement p1, p2 et p3 les fréquences des trois allèles A1, A2 et A3 dans la population de plantes dont fait partie le pied «mère». En remplissant un tableau de croisement (pollen x ovule), déterminer quelle est la fréquence des différents génotypes parmi les graines du pied «mère» et en déduire p1, p2 et p3. Exercice 4 Dans le système ABO de groupe sanguin chez l homme, l allèle O est récessif par rapport à A et à B, et les allèles A et B sont codominants. Sur un échantillon de 10000 personnes analysées pour le groupe sanguin du système ABO, on dénombre: Groupe [A] [B] [AB] [O] Effectifs 4800 675 300 4225 1) Calculez les fréquences p, q et r des allèles A, B et O respectivement, ainsi que les fréquences génotypiques et les fréquences phénotypiques à ce locus dans cette population. Précisez si vous devez ou non faire une hypothèse pour effectuer ces calculs, et si oui laquelle. 2) Quelle est la proportion de personnes du groupe [A] qui sont hétérozygotes AO et homozygotes AA? 3) On considère un grand nombre d unions du type mère [O] x père [A] ayant donné lieu à un total de 9600 naissances. Comment devraient se répartir ces 9600 naissances entre les divers génotypes possibles? On constate en réalité qu à coté de 9556 naissances d enfants [A] ou [O], sont nés 44 enfants [B]. Interprétez ce fait. 4) Dans la même population, on constate sur 1100 naissances survenues dans des couples du type mère [O] x père [AB], la présence de 65 enfants [O]. Interprétez ce fait. Comment expliquez vous la différence entre ce cas et le précédent?
5) Estimez le taux de naissance illégitime dans cette population. 6) Dans une population indienne, on a échantillonné autant d'individus et on a déterminé directement leur génotype pour le système ABO : Génotypes AO AB BO AA OO BB Effectifs 3510 270 585 1110 4452 73 Estimer les fréquences des allèles A, B et O. Cette population est-elle panmictique? Vérifier l'adéquation au modèle d'hardy-weinberg à l'aide d'un test statistique. Que peut-on dire de la structure génotypique de cette population? Quelle(s) peuvent-être l'origine des différences avec la première population? Exercice 5 Une plante sauvage de Californie, le lupin nain, Lupinus nanus, porte normalement des fleurs bleues. Occasionnellement, on observe des plantes ayant des fleurs roses dans les populations sauvages. La couleur des fleurs est contrôlée par un seul locus, l'allèle déterminant la couleur bleue étant dominant. Dans une population du nord de la Californie, en 1970, un chercheur a compté 25 lupins à fleurs roses et 3291 à fleurs bleues. On appellera respectivement p et q les fréquences de l'allèle déterminant la couleur bleue et rose en 1970. 1) Calculez la fréquence des individus homozygotes récessifs. En supposant que la population est à l'équilibre de Hardy-Weinberg, déduisez-en p et q. 2) Quelles seront les fréquences alléliques à la génération d'après si aucune pression évolutive ne s'exerce? Le chercheur a évalué la fertilité des pieds de lupins en comptant le nombre de gousses de graines. Il a obtenu le résultat suivant : en moyenne, les pieds à fleurs bleues portent 19.3 gousses de graines alors que les pieds à fleurs roses en portent 13.1. 3) Quel sera l'effet de la sélection naturelle au cours du temps sur les fréquences alléliques au locus déterminant la couleur des fleurs? Exercice 6 La chorée de Huntington est une maladie génétique qui se déclare en général entre 35 et 45 ans. Elle se manifeste au départ par des troubles légers de la coordination des mouvements. Puis apparaissent des mouvements anormaux violents et incontrôlables (qu on appelle chorée) et des troubles cognitifs. La mort survient 15 à 25 ans après l'apparition des premiers signes. A l heure actuelle, il n existe pas de traitement efficace pour la chorée de Huntington même si certaines pistes thérapeutiques semblent prometteuses. La maladie est causée par une augmentation anormale du nombre de répétitions des trois nucléotides CAG, dans un gène qui a été appelé Huntingtin. Sous sa forme normale, le gène comprend de 6 à 35 répétitions. La présence de plus de 35 répétitions dans le gène provoque la chorée de Huntington. Au-delà de 28 répétitions du motif CAG, la région est instable et les mutations qui augmentent le nombre de répétitions deviennent fréquentes.
1) Contrairement à ce qui se passe pour la plupart des maladies génétiques, l allèle muté qui cause la chorée de Huntington est dominant (et autosomal). D après vous, est-ce que la sélection naturelle élimine plus efficacement un allèle défavorable s il est récessif ou dominant? Pourquoi? 2) La chorée de Huntington a une fréquence d environ 7 pour 100 000 en Europe, ce qui est une fréquence relativement élevée pour une maladie génétique mortelle. Qu est ce qui pourrait expliquer cela? Dans certaines régions du globe, la fréquence de la maladie est localement extrêmement élevée. Elle est ainsi de 700 pour 100 000 dans la région du lac Maracaibo, au nord du Venezuela. Dans certains villages isolés de cette région, qui ont été fondés au début du XIX siècle par quelques colons, on observe même des fréquences dépassant les 50%. 3) Qu est ce qui pourrait expliquer une fréquence aussi extrême? A la fin des années 70, Nancy Wexler, une généticienne américaine dont la mère souffrait de la chorée de Huntington, dirigea un projet visant à identifier le gène causant la maladie, à l aide d analyses génétiques d habitants de la région de Maracaibo. Ce projet permis d identifier le gène Huntingtin en 1993 et de mettre au point un test génétique permettant de déterminer si quelqu'un porte l allèle responsable de la maladie. 4) Quels sont les avantages et les inconvénients d un tel test? Nancy Wexler décida de ne pas effectuer le test pour elle même. D après vous pour quelles raisons? Exercice 7 En 1968, un particulier a introduit en Gironde 8 individus de grenouille taureau ( Rana catesbeiana) dans son bassin d agrément. Ces individus se sont échappés et constituent la base de la population qui s est développée en France. Des analyses génétiques chez 100 individus ont été effectuées pour deux locus chez la grenouille taureau en France et dans son aire d origine aux USA. Les résultats sont les suivants : Locus 1 AA Aa aa Locus 2 BB Bb bb France 100 0 0 France 0 0 100 USA 9 42 49 USA 4 32 64 1) Pour chacun des locus et des pays, donnez les fréquences génotypiques et alléliques. Dans chaque cas, indiquez si vous devez faire des hypothèses pour ces estimations et si oui lesquelles. 2) Pouvez-vous formuler des hypothèses pour expliquer les différences ou ressemblances génétiques observées entre les populations? 3) Quelles peuvent être les conséquences à long terme de ces différences?
Jeanne-Antoinette Poisson, plus connue sous le nom de Marquise de Pompadour, reçoit en 1750 des poissons rouges provenant de Chine (Carassius auratus) en cadeau de la Compagnie des Indes Orientales. Ils sont rapidement relâchés dans les bassins de Versailles. Actuellement, on en trouve dans tous les milieux naturels en France. On effectue des captures de 100 poissons rouges dans un lac français et dans une zone de Chine au sein de l aire de répartition originelle. On s intéresse à la présence ou l absence d une tâche noire sur la tête. Les résultats sont donnés ci dessous : Tâche noire Sans tâche noire France 49 51 Chine 36 64 4) Pour chacun des pays, pouvez-vous calculer les fréquences alléliques? Indiquez si vous devez faire des hypothèses pour ces estimations et si oui, lesquelles? Effectuez les calculs, selon différentes hypothèses si nécessaire. 5) Chez un aquariophile qui possède un mâle et une femelle avec une tâche noire, la descendance est composée d individus avec et sans tâche noire. Cette information vous aide-t-elle à choisir une ou des hypothèses formulées précédemment? 6) Qu est ce qui diffère entre la situation génétique en France du poisson rouge et de la grenouille taureau? Quelle force évolutive peut être responsable de la perte de variabilité chez les grenouilles taureau de France? Pouvez-vous proposer une hypothèse pour expliquer pourquoi la même chose ne s est pas produite chez les poissons rouges?