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1) Les mécanismes de la méiose
TP1
La méiose est le mécanisme assurant la formation des gamètes. Elle produit 4 cellules haploïdes à partir d’une seule cellule diploïde.
Durant l’interphase qui précède, il y a duplication du matériel génétique comme au cours d’une mitose classique.
Ce sont donc des cellules contenant 2n chromosomes à deux chromatides qui entrent en méiose.
2 divisions se succèdent lors de la méiose :
– Lors de la prophase de la première division, les chromosomes homologues s’accolent sur toute leur longueur et forment un ensemble de 4 chromatides nommé tétrades.
– Les paires de chromosomes homologues de séparent de manière aléatoire et indépendante en anaphase I.
– Les chromatides se séparent en anaphase II.
Il y a donc production de 4 gamètes possédant chacun n chromosomes à 1 chromatide
La séparation en anaphase ainsi que la disposition à l’équateur de la cellule en métaphase sont réalisées par des protéines organisées en filaments (microtubules), sortes de « rails » cellulaires sur lesquelles des protéines motrices peuvent se déplacer.
Ici, les microtubules sont colorés en vert par immunofluorescence et les chromosomes en bleu.
Voici deux animations afin de bien visualiser (et de bien faire la différence avec la mitose où ce sont uniquement les chromatides qui se séparent, ce qui maintient la diploïdie)
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2) L’origine du brassage génétique
Les phénotypes issus d’un croisement-test (croisement F1 x double recessif) illustrent la notion de brassage génétique. En effet, une partie de la descendance possède les mêmes phénotypes que les parents (phénotypes dit « parentaux« ) alors qu’une autre partie possède des phénotypes nouveaux, mélange des caractères des deux parents (phénotypes dits « recombinés« ).
a) Le brassage interchromosomique
TP 2
Lors de l’anaphase de première division de méiose, les chromosomes homologues se séparent de manière indépendante et aléatoire. Ceci peut se voir dans les pourcentages des phénotypes issus d’un croisement-test : tous les phénotypes sont présents en même proportion, il y a équiprobabilité. Cela montre bien que c’est le hasard qui gouverne la répartition des chromosomes homologues dans les gamètes.
En prenant en compte un nombre « n » de chromosomes (sachant que « 2n » désigne le fait qu’un individu possède des chromosomes par paires d’homologues (diploïdie)), le nombre de combinaisons possibles de réarrangements chromosomique s’élève donc à 2n.
Pour l’espèce humaine, cela serait donc 223 possibilités de gamètes différentes. Pour le dingo, le chien ou le coyote, ce serait 239, pour le poisson rouge et la carpe, 250, et pour le papillon Azuré de l’Atlas, 2220. La fougère Ophioglossum reticulatum terrasse tout le monde avec 2720 !!!
b) Le brassage intrachromosomique
L’étude de certains croisements-tests permet de mettre en évidence la présence d’un autre type de brassage génétique. En effet, on observe pour certains couples de caractères, une plus faible proportion de phénotypes recombinés en F1. Cela indique que les gènes étudiés ne sont pas indépendants comme vu dans le 2)a) et donc qu’ils se trouvent sur le même chromosome.
Mais comment expliquer, cependant, la proportion (même faible) d’individus recombinés ?
Cela vient d’un événement particulier de la prophase I : la recombinaison entre chromosomes homologues par crossing-over (ou « enjambement »). Les chromosomes homologues s’échangent des portions de leurs chromatides.
Ci-contre, une paire de chromosomes homologues formant une tétrade et 3 crossing-over.
A la fin de ce processus, les chromatides sœurs de chaque chromosomes portent alors des allèles différents, chose par définition normalement impossible.
On explique donc la faible proportions de recombinaison par la faible probabilité qu’un crossing-over apparaisse entre les loci des gènes étudiés.
Exercice 4p.37
3) Les anomalies de la méiose à l’origine de maladies ou d’innovations génétiques.
a) Les anomalies dans la migrations des chromosomes
Au cours de la méiose, la séparation des chromosomes homologues et des chromatides peut poser problème. Si la répartition entre les cellules filles n’est pas équitable, cela conduira à des gamètes anormales contenant plus (ou moins) de chromosomes que le nombre chromosomique de l’espèce.
Par la suite, lors de la fécondation, suivant quel gamète va être mobilisé, le résultat peut aboutir à une trisomie (2n+1) ou une monosomie (2n-1)
b) Les anomalies des recombinaisons chromosomiques
Au cours de la prophase I, le phénomène de recombinaison intrachromosomique peut poser problème. En effet, si les chromosomes homologues sont mal alignés, l’échange de portions de chromatides peut être inégal.
Cela peut avoir comme conséquences des anomalies dans la descendance mais peut être également à l’origine de la diversification des gènes chez les êtres vivants comme le montre l’évolution des gènes du développement > Voir TP5 sur les familles multigéniques
4) La fécondation est une source supplémentaire de brassage génétique
La fécondation permet de rétablir la diploïdie en ré-associant les chromosomes par paires d’homologues. Sachant que la quantité et la diversité des gamètes est énorme et que leur rencontre est quasi-aléatoire, la fécondation entraîne donc une diversité quasi infinie de zygotes.
cf cours livre p.33
TP et exercices
→ TP 1 : La méiose
→ TP 2 : Brassage inter-chromosomique
→ TP 3 : Brassage intra-chromosomique (TP type bac noté)
→ AP
Exercices sur les brassages génétiques
Le rôle de la fécondation dans la diversité génétique
Exemple d’un brassage avec 2 gènes impliqués dans un même phénotype : les labradors
Voir l’AP en ligne ici
DS type I avec son barème
La reproduction sexuée est source de diversité génétique.
Justifiez cette affirmation en considérant uniquement le brassage allélique induit par la méiose.
Votre raisonnement sera illustré par des schémas successifs en partant d’une cellule présentant deux paires de chromosomes :
– La première paire portera le gène A avec les allèles A et a ainsi que le gène B avec les allèles B et b;
– La deuxième paire portera le gène E avec les allèles E et e.
Exemple de type II-2 avec son barème
