Chapitre 01 (Thème 1-A1) : Le brassage génétique et sa contribution à la diversité génétique (2016/2017)

Rappel :

La BIODIVERSITE est la diversité des espèces et la diversité génétique au sein des espèces.

La diversité des allèles est l’un des aspects de la biodiversité.

La dérive génétique est une modification aléatoire de la diversité des allèles.

La sélection naturelle et la dérive génétique peuvent conduire à l’apparition de nouvelles espèces.

MUTATIONS = Pendant la réplication de l’ADN, erreurs spontanées et rares. L’ADN peut aussi être endommagé en dehors de la réplication.

Les mutations sont la source aléatoire de la diversité des allèles, fondement de la biodiversité.

Livre, p. 14-15

Le document 1 présente un caryotype d’une cellule somatique humaine (vu en classe de Troisième). Ce document nous permettra d’une part de définir le terme de diploïde, d’autre part de préciser ce que recouvre cette notion (homologie des chromosomes, gènes, couples d’allèles).

La technique de coloration est spécifique : elle utilise une sonde couplée à un colorant qui reconnaît une région d’un chromosome. On constate que les chromosomes sont groupés par paires qui apparaissent semblables. La technique de coloration montre que ces chromosomes sont constitués des mêmes régions génétiques, placées aux mêmes endroits.

Le document 2 permet de définir lhaploïdie à travers l’exemple d’un caryotype (de spermatocyte II). Les chromosomes sont bichromatidiens (à deux chromatides).

Le caryotype de la cellule somatique humaine présentée dans le document 1 montre la présence de 46 chromosomes qui sont regroupés en 23 paires de chromosomes homologues (en fait 22 paires + la paire de chromosomes sexuels XY). Cette cellule est donc diploïde (2n = 46).

Le caryotype (non classé) de la cellule à l’origine d’un spermatozoïde, présenté dans le document 2, montre que cette cellule ne contient que 23 chromosomes, tous d’aspect différent. C’est donc une cellule haploïde (n = 23).

Les cellules somatiques du mâle (ou père), de la femelle (ou mère), du nouvel individu ainsi que la cellule-œuf sont diploïdes, alors que les gamètes (spermatozoïde et ovule) sont haploïdes.

La fécondation se situe au niveau de la rencontre des gamètes pour former la cellule-œuf. La méiose précède la formation des gamètes.

Synthèse :

La reproduction sexuée permet le maintien du caryotype d’une génération à l’autre, grâce à la méiose qui permet de former des gamètes haploïdes et à la fécondation qui réunit ces gamètes haploïdes pour former une cellule-œuf diploïde, ayant donc le même nombre de chromosomes que les cellules somatiques parentales.

Problématique :

Comment, lors de la reproduction sexuée, MEIOSE et FECONDATION contribuent à la diversité génétique des individus ?

I – La Méiose, une division cellulaire

Livre, p. 16-17

La méiose est constituée de deux divisions successives. Comme le montre la photographie g, la méiose permet d’obtenir quatre cellules haploïdes à partir d’une cellule diploïde.

Les photographies a à f correspondent à la première division de la méiose.

Les photographies f à h correspondent à la deuxième division de la méiose.

Photographie a : les chromosomes commencent à se condenser et à s’individualiser. C’est le début de la prophase de première division de la méiose.

Photographie b : les chromosomes sont tous individualisés. C’est la fin de la prophase. On constate que les chromosomes sont regroupés par paires de chromosomes homologues. On compte ainsi 11 paires de chromosomes homologues (« bivalents ») + le chromosome sexuel X qui reste isolé.

Photographie c : les paires de chromosomes homologues sont alignées selon le plan équatorial de la cellule. C’est la métaphase.

Photographie d : chaque chromosome se sépare de son homologue et migre vers un pôle de la cellule. C’est l’anaphase. On compte 12 chromosomes au pôle supérieur (11 + X) et onze chromosomes au pôle inférieur.

Photographie e : la cellule contient deux lots haploïdes de chromosomes regroupés aux deux pôles de la cellule. C’est la fin de l’anaphase, le début de la télophase.

Photographie f : on obtient finalement deux cellules haploïdes dont les chromosomes sont restés condensés et bien individualisés. C’est la prophase de la deuxième division de la méiose.

Photographie g : chaque cellule se divise à son tour. Cette photographie montre les deux cellules en anaphase de deuxième division.

Photographie h : c’est la télophase de deuxième division. Chacune des quatre cellules obtenues contient un lot haploïde de chromosomes.

Déroulement normal de la méiose :

Première division de méiose :

PROPHASE I :

01_prophaseILes chromosomes sont visibles sous la forme de très longs filaments composés de deux chromatides sœurs.

Les chromosomes homologues s’apparient. Les chiasmas sont formés. Les chromosomes homologues restent attachés uniquement par les chiasmas.

Les chromosomes sont complètement condensés et sont prêts pour les divisions méiotiques.

 

Chiasma

METAPHASE I :

02_MetaphaseILes chromosomes homologues appariés se disposent à l’équateur de la cellule sur les fuseaux de division cellulaire.

ANAPHASE I :

03_AnaphaseILes chromosomes homologues se disjoignent (en conservant leurs deux chromatides) suite au raccourcissement des fuseaux de division qui entraînent le centromère vers un des pôles de la cellule.

TELOPHASE I :

04_TelophaseIElle correspond à la séparation de la cellule initiale en deux cellules filles renfermant chacune n chromosomes à deux chromatides.

Deuxième division de méiose :

PROPHASE II :

05_ProphaseIIMETAPHASE II :

06_MetaphaseIIANAPHASE II :

07_AnaphaseIITELOPHASE II

08_TelophaseIILa méiose est une succession de deux divisions cellulaires permettant d’obtenir quatre cellules filles haploïdes (n chromosomes à une chromatide) à partir d’une cellule diploïde (2n chromosomes à deux chromatides en Prophase 1)

Au cours de la première division de méiose, qui est précédée d’une phase de réplication de l’ADN, les chromosomes homologues de chaque paire s’associent étroitement (Prophase 1).

Ils sont ensuite séparés (Anaphase 1) et répartis dans deux cellules filles.

La seconde division de méiose s’engage sans réplication préalable de l’ADN. Elle assure la séparation des chromatides de chaque chromosome et leur répartition dans les quatre cellules filles.

Ces dernières seront à l’origine des gamètes.

BILAN :

La méiose est la succession de deux divisions cellulaires (réductionnelle et équationnelle) précédée comme toute division d’un doublement de la quantité d’ADN (suite à sa réplication).

Dans son schéma général, la méiose produit quatre cellules haploïdes (n chromosomes à une chromatide) à partir d’une cellule diploïde.