Séquence 4 : Brassage génétique au cours de la reproduction sexuée et unicité des individus

Thomas Hervé Mboa Nkoudou; Marius KIAM BITEP

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Marius KIAM BITEP

Leçon 10. Brassage interchromosomique

O.P.O : Expliquer comment s’effectue le brassage interchromosomique au cours de la méiose.

Le brassage interchromosomique : est la distribution aléatoire des chromosomes indépendants lors de l’anaphase 1 de la méiose. Il aboutit à une grande diversité des gamètes. Cette grande diversité est le fruit de la disposition aléatoire des chromosomes des paires homologues lors de la métaphase 1(Le brassage génétique par la méiose et la fécondation – TS – Cours SVT – Kartable, s. d.). Chez les êtres vivants, le passage d’une génération à l’autre s’effectue dans la majorité des cas grâce à la reproduction sexuée. C’est par les gamètes que les caractères des ascendants sont transmis aux descendants. Ces caractères ne sont que l’expression des gènes portés par les chromosomes de ces gamètes. Chaque gamète possède 2 groupes de chromosomes à savoir : les autosomes et les gonosomes.

10.1- Le monohybridisme

O.P.O.I : Interprétez les résultats des expériences sur le monohybridisme

Le monohybridisme désigne une expérience de croisement entre deux progéniteurs qui ne sont dissemblables l’un de l’autre que par une seule caractéristique d’allélisme(Universalis, s. d.). Il existe plusieurs croisement types de croisement dont les ascendants diffèrent par un caractère : avec dominance d’un caractère, avec codominanne des 2 caractères, avec un gène létal

10.1.1- Le monohybridisme avec dominance

Activité 1 :

Johnn Gregor Mendel, réalise artificiellement le croisement entre deux races pure de pois qui diffère par la taille de leur plants (nain ou géant). Il procède par des pollinisation croisées et obtient à la première génération notée F1 (1ère fratrie) une population formée uniquement de pois géants.

Quel est le caractère étudié par Mendel ?
Quelles sont les diverses modalités d’expression de ce caractère ?
Définir allèle
Définir race pure et donnez son synonyme ainsi que son contraire
Quel est l’allèle dominant ?
Comment peut-on qualifier l’autre allèle ?
Ecrivez les génotypes des parents et celui des enfants

A la F1, on obtient 100% de pois géants conformément à la 1ère lois de Mendel sur l’uniformité des hybrides de la première génération qui stipule que lorsqu’on croise des individus de race pure, on obtient à la F1 est individus tous identiques. Le caractère nain semble avoir disparu.

Les pois géants obtenus à la F1 sont croisés entre eux (F1 x F1) en vue de l’obtention de la deuxième génération notée F2.

8- Ecrivez les génotypes des nouveaux parents, leurs gamètes et ceux des individus de la F2

9- Quelles sont les proportions phénotypiques obtenues en F2

Règle : les rapports phénotypiques ¾ (75%) et ¼ (25%) caractérisent le monohybridisme avec dominance d’un allèle.

Dans cette F2, on trouve 2 lignées pures caractéristiques des grand parents et des hétérozygotes. La F2 contrairement à la F1 est polymorphe et traduit ainsi la troisième lois de Mendel sur le polymorphisme des individus de la F2. Les pourcentages des différents phénotype de la F2 ne s’exprime que si l’on admette qu’un gamète ne porte qu’un seul des gènes allèles présents chez les parents : c’est la deuxième lois de Mendel qui traite de la pureté des gamètes (ségrégation indépendantes des allèles)

10- La gamétogenèse procède alors à une ségrégation des gènes allèles. A quelle phase de la méiose y a-t-il cette ségrégation ?

11- A la F2 seuls les individus présentant le phénotype récessif sont identifiables. Comment peut-on procéder pour savoir si un individu présentant le phénotype dominant est hétérozygote ou homozygote ?

12- Pour ce backcross 2 possibilités sont envisageable :

la génération issue du croisement est homogène et par conséquent le parent croisé au génotype inconnu est homozygote G//G conformément à la 1ère lois de Mendel
La génération issue du croisement compte 2 classes phénotypiques par conséquent le parent croisé au génotype inconnu est hétérozygote G//n. on a dans ce cas croisé un hybride avec un parent récessif et un tel croisement est appelé test-cross. Effectuer les 2 croisements :

Règle : Dans un monohybridisme les résultats phénotypiques 50%, 50% caractérisent le test-cross. L’avantage du test cross est que la génération qu’il produit traduit fidèlement dans les proportions de ses phénotypes les proportions des génotypes des gamètes produits par l’individu hétérozygote.

10.1.2- Le monohybridisme avec codominance

Un horticulteur dispose dans son jardin de deux variétés d’hibiscus. La 1ère donne des fleurs rouges et la 2ème des fleurs blanches. ces variétés sont pures. Il croise entre elles les 2 variétés et la F1 donne des plants portant tous des fleurs roses

En quoi ce résultats diffère-t-il de celui observé dans le croisement des pois géants avec les pois nains ?
Que peut-on conclure ?
Ecrivez les génotypes des parents et des descendants

Règle : les proportions statistiques ¼, 2/4 et ¼ obtenues à la F2 caractérisent le monohybridisme avec codominance.

10.1.3- Le monohybridisme avec gène létal

On réalise 2 croisements de souris :

1er croisement : la mâle à pelage jaune et le femelle au même phénotype. Dans la descendance on compte 34 souris jaunes et 17 souris noires
2ème croisement : le mâle jaune et le femelle noire et dans la descendance on compte autant de souris jaunes que des noires.

Analysez les résultats de chaque croisement en répondant aux questions suivantes :

Quel est l’allèle dominant ?
Calculer les proportions obtenues pour chaque croisement et tirez une conclusion
Dans le 1er croisement, on s’attendait à trouver les proportions ¾ et ¼ en F2, pourquoi ces résultats sont-ils modifiés ?
Quel est l’allèle entraînant la mort des individus homozygotes ?
Comment qualifie-t-on cet allèle
Ecrivez les génotypes des parents et des descendants pour chaque croisement

Règle : les proportions ⅔ et ⅓ obtenus en F2 caractérisent un monohybridisme avec un gène létal.

10.2- Le dihybridisme avec dominance et ségrégation indépendante des gènes allèles

O.P.O.I : Interprétez les résultats des expériences sur le dihybridisme

Activité :

Thomas Morgan croise une drosophile sauvage au corps gris et à ailes longues avec une mutante au corps ébène et à ailes vestigiales. À la F1, toutes les drosophiles ont un corps gris et les ailes longues.

Quels sont les 2 couples d’allèles étudiés par Morgan ?
Nommez les allèles dominants et les allèles récessifs
Il procède ensuite à un test cross. En quoi consiste-t-il ?

Il obtient les résultats suivants :

492 drosophiles à corps gris et ailes longues
502 drosophiles à corps ébène et ailes longues
515 drosophiles à corps gris et ailes vestigiales
487 drosophiles à corps ébène et ailes vestigiales

4. Calcule les proportions obtenues pour chaque classe

La pratique du test-cross étant une méthode de choix pour déterminer le comportement des allèles pendant la formation des gamètes chez les hybrides, on conclut que celui-ci a produit 4 types de gamètes avec 25 % pour chaque type. Les gamètes sont équiprobables. Pour expliquer cette équiprobabilité des quatres combinaisons géniques, on admet que dans les gamètes produits par l’hybride le gène G se trouve indifféremment avec le gène L ou avec le gène v. Il en est de même avec le gène e qui se trouve indifféremment avec la gène v ou avec le gène L. Ces gamètes sont : G L, G v, e L, et e v. Ils montrent un nouveau réarrangement qui associe chez les gamètes les chromosomes d’origine paternelle et les chromosomes d’origine maternelle, ce brassage est dit interchromosomique. Ce type de brassage est la conséquence de la disposition indépendante des chromosomes homologues pendant l’anaphase 1 lors de la formation des gamètes. Deux paires différentes de chromosomes portent les 4 gènes chez chaque parent : on dit que les gènes sont indépendants et la ségrégation du couple G/e se fait indépendamment de celle du couple L/v. Ce brassage interchromosomique a comme conséquence une diversité génétique (ou diversité de caractère au sein d’une espèce ou apparition de nouvelles classe phénotypiques)

Règle : les résultats statistiques ¼, ¼, ¼, et ¼ obtenus à un test-cross caractérisent le dihybridisme avec ségrégation indépendante des couples de gènes allèles.

5. Ecrivez les génotypes des parents croisés et réalisez les croisements d’hybridation et du test-cross

6. A l’aide d’un échiquier de croisement, retrouvez tous les génotypes et phénotypes de la F2

Règle : les proportions phénotypiques 9/16, 3/16, 3/16 et 1/16 obtenues en F2 caractérisent le dihybridisme avec dominance et ségrégation indépendante des couples de gènes allèles.

7. Schématiser les chromosomes des parents en utilisant les couleurs différentes (c’est une interprétation chromosomique) et effectuez le test-cross

10.3- Le trihybridisme

O.P.O.I : Interprétez les résultats des expériences sur le trihybridisme

Activité 3 :

On croise deux drosophiles, l’une au corps noir, ailes tordues et yeux rugueux ; l’autre au corps gris, ailes normales et yeux lisses. En F1 tous les drosophiles ont un corps gris, les ailes normales et les yeux lisses. Les individus de la F1 sont croisés entre eux pour donner la F2. A l’aide d’un échiquier de croisement, retrouvez tous les génotypes et phénotypes de la F2

Règle : les proportions phénotypiques 27/64, 9/64, 9/64, 9/64, 3/64, 3/64, 3/64 et 1/64 obtenues en F2 caractérisent le trihybridisme avec dominance et ségrégation indépendante des couples de gènes allèles.

Leçon 11. Brassage intrachromosomique

O.P.O : Expliquer comment s’effectue le brassage intrachromosomique au cours de la méiose, déterminer les pourcentages de recombinaison des gènes et établir la carte génétique des chromosomes.

Le brassage interchromosomique : C’est le brassage des gènes qui se produit lors du crossing-over pendant la méiose, et entraînant une recombinaison des chromosomes(Brassage intrachromosomique : Définition simple et facile du dictionnaire, s. d.)Le Crossing-over est l’échange de portion de chromatides entre chromosomes homologues à la prophase de la première division méiotique.

Activité : Morgan croise une drosophile de race pure à ailes longues et yeux rouges (souche sauvage) avec une autre également de race pure à ailes vestigiales et yeux pourpres. à la F1 il obtient le phénotype sauvage à 100% avec autant de mâles que de femelles. il procède ensuite à 2 croisements tests :

1er croisement-test : un hybride mâle est croisé avec une femelle bi récessive et dans la descendance on compte :

50% de drosophiles à ailes longues et yeux rouges
50% de drosophiles à ailes vestigiales et yeux pourpres

Quel est l’intérêt du croisement test ?
Combien de gamètes à produit l’hybride et à quelles proportions ?
Parmi ces gamètes y a-t-il des recombinés ?
Y a-t-il eu ségrégation indépendante des couples de gènes allèles pendant la méiose ? justifiez votre réponse
Que peut-on conclure ?

2ème croisement-test : une femelle hybride est croisé avec un mâle double récessif, le résultat obtenu est le suivant :

43,5% de drosophile à ailes longues et yeux rouges
43,5% de drosophile à ailes vestigiales et yeux pourpres
6,5% de drosophile à ailes longues et yeux pourpres
6,5% de drosophile à ailes vestigiales et yeux rouges

En quoi ces résultats sont-ils différents de ceux du 1er croisement ?
Calculez les proportions des phénotypes parentaux ?
Calculez les proportions des phénotypes recombinés
Comparez les résultats obtenus
Combien de gamètes a produit l’hybride femelle ?
Parmi ces gamètes y a-t-il de recombiné ?
La liaison est-elle totale chez cette femelle ?
Le 1er croisement a établi que ces gènes étudiés sont portés par une paire de chromosomes i.e sont liés. Or le 2ème croisement montre qu’il apparaît des phénotypes recombinés. Quel phénomène est à l’origine de ce brassage entre gènes liés ?
A quel moment de la méiose se produit-il ?
Déterminer la distance entre les 2 loci étudiés par Morgan et tracez la carte génétique
illustrez les chromosomes des parents et localisez y les gènes étudiés, ceux des hybrides femelles et le mécanisme du crossing-over
Faites une écriture génétique de l’hybridation et des 2 test-cross réalisé par Morgan.

NB : l’absence du crossing-over fait que les gènes allèles se séparent lors de l’anaphase 1 pendant la disjonction des chromosomes homologues : on dit qu’il y a pré-réduction et les types formés sont dits pré-réduits. A cause du crossing-over qui entraîne un brassage intrachromosomique en prophase 1, les gènes allèles ne seront séparés qu’en anaphase 2 : on dit qu’il y a post-réduction et les types formés seront dits post-réduits.

Le pourcentage de recombinaison permet de déterminer la distance entre les loci (position des gènes sur le chromosome) des gènes sur le chromosome et d’établir les cartes génétiques ou factorielles (schéma qui représente la localisation des gènes sur un chromosome). Par convention, on utilise un pour cent de recombinaison comme unité de distance entre gène. l’unité de distance est centimorgan ou Morganite.

Remarques :

Les gènes peuvent être liés et se comporter comme indépendants s’ils sont suffisamment distants (au moins 50 morganites)
L’absence de crossing-over chez le mâle est particulière chez les drosophiles

Leçon 12. Origine de nouveaux allèles

O.P.O : Expliquer de nouveaux gènes allèles.

12.1- Les mutations

Une mutation est une modification rare, accidentelle ou provoquée, de l’information génétique (séquence d’ADN ou d’ARN) dans le génome(« Mutation (génétique) », 2020). On en distingue plusieurs types à savoir :

Ponctuelles ou géniques qui impliquent la modification d’une ou de quelques paires de bases d’un seul gène, sans affecter l’organisation d’un chromosome(Mutations chromosomiques et ponctuelles | Le monde en images, s. d.)
Chromosomiques qui impliquent le remaniement de la structure d’un ou de plusieurs chromosomes(Mutations chromosomiques et ponctuelles | Le monde en images, s. d.)
Dynamiques qui correspondent à des répétitions importantes de certains triplets au niveau de l’ADN (CAG et GGG). Elles sont rencontrées dans certaines maladies génétiques tel que la chorée de Huntington(« Mutation (génétique) », 2020)
Somatiques qui sont des modifications des gènes de cellule corporelle qui n’ont aucune chance de se transmettre aux descendants(Mutations géniques, s. d.)
Germinale qui est une modification d’un gène de gamète qui se transmet donc aux descendants(Mutations géniques, s. d.)

12.1.1- Les mutations géniques

O.P.O.I : Identifier en termes d’exemple les anomalies géniques

Activité 1 :

Figure 1 : génome d’un drépanocytaire et celui d’un individu normal(FMPMC-PS – Enzymologie élémentaire – Objectifs au cours de Révisions Biochimie PCEM2 Révisions Biochimie métabolique, s. d.)

Comparaison du génome d’un drépanocytaire avec celui d’un individu normal
Comparaison du génome d’un hémophile avec celui d’un individu normal

Figure 2 : Génome de la thalassémie(Génomes et innovations génétiques | Réviser | Concours paramédicaux | Sanitaire et social | Cap Concours, s. d.)

Comparaison du génome d’un Thalassémie 4 avec celui d’un individu normal

Ces mutations qui affectent un seul codon sont de plusieurs types :

La substitution est l’échange entre 2 nucléotides. Exemple : drépanocytose, phénylcétonurie…
La délétion est caractérisée par la suppression d’une séquence ou d’un nucléotide. Exemple :
L’addition est caractérisée par l’ajout d’une séquence ou d’un nucléotide. Exemple : thalassémie 4

12.1.2- Les mutations chromosomiques

O.P.O.I : Identifier en termes d’exemple les anomalies chromosomiques

Activités 2 :

Figure 3 : syndrome de Turner(AboutKidsHealth, s. d.)

Caryotype syndrome de Turner

Figure 4 : Syndrome de Klinefelter(Syndrome de Klinefelter, s. d.)

Caryotype syndrome de Klinefelter (trisomie)

Ces mutations étendues peuvent toucher :

Soit la forme du chromosome on cite entre autre :

La délétion lorsque le chromosome perd un fragment ;
La translocation lorsque le chromosome s’enrichit du fragment d’un autre chromosome non homologue ;
La duplication lorsque le chromosome s’enrichit du fragment d’un autre chromosome homologue ;
L’inversion lorsque le chromosome se fragmente et se recolle après retournement de l’un de ses fragments ;
La fusion entre 2 chromosomes non homologues.

Soit la ploïdie (nombre de chromosomes), il s’agit dans ce cas de l’aneuploïdie (lorsque les chromosomes sont en surnombre ou en infériorité dû au fait qu’une paire de chromosomes homologues ne s’est pas séparée au cours de la méiose)(« Aneuploïdie », 2020). Il en existe 2 types

Par défaut ou monosomie. Exemple : syndrome de Turner
Par excès ou trisomie. Exemples : syndrome de Klinefelter, trisomie 13, 18, 21

12.2- Importance du brassage des allèles en génétique

O.P.O.I : Donné l’importance du brassage des allèles en génétique

La diversité observée au sein d’une population résulte d’une diversité génétique. Cette diversité est due à l’apparition de mutations germinales non létales qui s’accumulent dans le génome d’une espèce et qui vont donner naissance à de nouveaux allèles. Ce processus se fait totalement au hasard et l’apparition de nouveaux allèles ne répond à aucune nécessité(Les mutations dans une population, s. d.).

Références et bibliographie