II. La méiose est une source de brassages génétiques
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SVT – TERMINALE S– THEME 1 – LA TERRE DANS L’UNIVERS, LA VIE ET L’EVOLUTION DU VIVANT 1A1 –LE BRASSAGE GENETIQUE ET SA CONTRIBUTION A LA DIVERSITE GENETIQUE COURS 1A-1 – LES BRASSAGES GENETIQUES Parmi les innovations majeures des organismes vivants, certaines portent sur les modalités de leur reproduction. La reproduction sexuée est paradoxalement une source de stabilité et de diversité génétique. Nous allons les passer en revue. I.La méiose est une division particulière TP 1 – A L'ORIGINE DE LA DIVERSITE GENETIQUE (1) : LA MEIOSE La méiose est la succession de deux divisions cellulaires précédée comme toute division d'un doublement de la quantité d'ADN suite à une réplication. Elle n’existe que chez les cellules germinales, à l’origine des gamètes. PI A. 1ère division (dite réductionnelle) Les chromosomes ont été répliqués : ils sont doubles, à deux molécules d’ADN identiques (2n doubles). 1. Prophase I - Les chromosomes se condensent, les homologues se rapprochent et s’enchevêtrent. A partir de ces chiasmas, des crossing-over se forment. MI 2. Métaphase I - Les chromosomes sont alignés sur le plan équatorial. Les homologues sont disposés d’un coté et de l’autre. 3. Anaphase I - AI Les chromosomes homologues à deux chromatides se séparent et migrent chacun vers les pôles cellulaires. 4. Télophase I - Les chromosomes se décondensent. On obtient deux cellules-filles à n chromosomes doubles T I / P II B. 2ème division (dite équationnelle) Elle suit immédiatement la première division L’interphase entre les deux divisions est brève. 1. Prophase II - Les chromosomes se condensent de nouveau après une courte interphase sans réplication d’ADN. M II 2. Métaphase II - Les chromatides sont parallèles au plan équatorial. 3. Anaphase II - Les chromatides des chromosomes doubles se séparent et migrent vers les pôles cellulaires. Chaque chromatide forme un chromosome simple. A II 4. Télophase II - Les chromosomes reprennent leur forme noncondensée. Les cellules se séparent et s’individualisent. T II SVT – TERMINALE S– THEME 1 – LA TERRE DANS L’UNIVERS, LA VIE ET L’EVOLUTION DU VIVANT C. Bilan de la méiose Dans son schéma général, la méiose produit quatre cellules haploïdes (dites gamètes ou spores selon les groupes) à partir d'une cellule diploïde après réplication. Ces cellules sont toutefois différentes de la cellulemère car leurs chromosomes ont subit des modifications. 1 cellule à 2n chromosomes doubles 4 cellules à n chromosomes simples. II. La méiose est une source de brassages génétiques TP 2 - A L'ORIGINE DE LA DIVERSITE GENETIQUE (2) : BRASSAGES DE LA MEIOSE A. Le brassage intrachromosomique durant la prophase I Au cours de la méiose, le rapprochement des chromosomes homologues d'une même paire en cours de la prophase I est l’occasion d’échanges de fragments de chromatides. Ce sont les crossing-over ou enjambement. Il en résulte des chromosomes dits recombinés, car porteurs d’allèles différents des chromosomes parentaux originaux. C’est une première source de diversité génétique, qualifiée de brassage intra-chromosomique. (Historique : la découverte de ce mécanisme suivit la théorie chromosomique de l’hérédité, qui associait caractères héréditaires et chromosomes. C’était en 1910, 40 ans avant la connaissance du rôle exact de l’ADN) B. Le brassage interchromosomique durant la métaphase et l’anaphase I Les chromosomes homologues remaniés en prophase I seront disposés de façon aléatoire par rapport aux autres paires lors de la métaphase de la 1ère division de méiose. Il en résulte de multiples assortiments chromosomiques potentiels après l’anaphase I. On qualifie cette répartition de brassage inter-chromosomique. (Historique : cela correspond à la plus ancienne loi de la génétique, présente dans les travaux de Mendel dès 1865. Elle est la base de l’hérédité mendélienne, premier modèle, très incomplet, de la génétique.) C. Les anomalies de la répartition des chromosomes Une diversité potentiellement infinie de gamètes est produite grâce à l’ensemble des mécanismes liés à la méiose. Toutefois, des anomalies peuvent survenir durant le processus de méiose. Ces mécanismes, souvent sources de troubles, sont aussi parfois sources de diversification du vivant. Citons : - Un crossing-over inégal aboutit parfois à une duplication de gène. (Schéma Crossing-Over avec duplication). Ce processus est à l'origine des familles multigéniques. - Un mouvement anormal de chromosomes produit une cellule présentant un nombre inhabituel de chromosomes (Aneuploïdie). Les zygotes issus d’une fécondation avec un tel gamète sont rarement viables. III. La fécondation est une fusion de cellules TD 3 - A L'ORIGINE DE LA DIVERSITE GENETIQUE 3) : BRASSAGE DE LA FECONDATION A. Le mécanisme de la fécondation Au cours de la fécondation, deux cellules de nature différente (gamète mâle et gamète femelle chez les animaux) fusionnent. Ces deux cellules apportent chacune un lot haploïde de gamètes. Leur fusion conduit à un zygote (cellule-œuf), la première cellule à la base du futur individu. On revient à un stade diploïde. B. La fécondation est une autre source de diversité La diversité génétique potentielle des zygotes est immense, car elle est le produit de l’union aléatoire de 2 cellules issues de la méiose, elle même pouvant présenter une diversité génétique importante. Chaque zygote contient une combinaison unique et nouvelle d'allèles. Toutefois, seule une fraction de ces zygotes est viable et se développe normalement. (Schéma : la fécondation et la diversité allélique des zygotes) Schéma-Bilan : les brassages Conclusion : Méiose et fécondation sont les 2 mécanismes par lesquels les générations se succèdent tout en (1-stabilité) conservant le caryotype de l’espèce, et (2-variabilité) accentuant les différences alléliques. Relations à envisager dans le cadre d’une question de synthèse : PREMIERE S – THEME 1A : MITOSE ET CYCLE CELLULAIRE, REPLICATION DE L’ADN PREMIERE S – THEME 3A, FEMININ, MASCULIN : fabrication des spermatozoïdes/ovocytes PREMIERE S – THEME 3C, LA VISION : Pigments rétiniens et familles multigéniques THEME 1A-2 : DIVERSIFICATION GENETIQUE ET DIVERSIFICATION DES ETRES VIVANTS THEME 1A-5 : L’anatomie de la fleur, Gènes du développement floral et familles multigéniques THEME 2B – LA PLANTE DOMESTIQUEE – Modifications génétiques des plantes cultivées Limites : Nous nous sommes focalisés sur la reproduction sexuée vue chez les animaux, mais si les mécanismes cellulaires (méiose/fec) sont universels, les cycles et l’importance des phases peuvent être très variables pour d’autres groupes. Pour les bases de la génétique, voir site http://www.medecine.unige.ch/enseignement/dnaftb/ section génétique classique
