Chapitre 2: Méiose et fécondation : Stabilité et

Méiose et fécondation :
Stabilité et variabilité
Comment assurer le maintien
constant du caryotype au cours
des générations ?
I/Méiose et fécondation participent
à la stabilité de l’espèce.
A/
Le
cycle
biologique
(=de
développement) des Mammifères.
Représenter le cycle de vie d'un Mammifère
tel que l'Homme, en précisant bien la
ploïdie (nombre n ou 2n de chromosome)
des cellules mises en jeu.
L’étude des caryotypes (docs 2 et 3p99)
permet de déterminer la ploïdie d’une
cellule.
• Les cellules somatiques possèdent deux
exemplaires de chromosomes : les
chromosomes
identiques
sont
dits
homologues et sont organisés par paire ;
la cellule est diploïde.
• Les cellules sexuelles ne présentent qu’un
seul exemplaire de chaque chromosome :
la cellule est haploïde.
À compléter à l'aide du doc 1p98
Chez les mammifères, au cours du cycle de
développement, une phase diploïde (2n) alterne
avec une phase haploïde (n) ; la phase diploïde
est dominante.
La méiose assure le passage de la phase diploïde
à la phase haploïde (2n → n) : elle assure la
formation
des
gamètes
(ovules
et
spermatozoïdes).
La fusion de ces gamètes, au cours de la
fécondation, est à l’origine d’une cellule
diploïde (n+n → 2n) : la cellule-œuf.
Cette cellule va connaître des mitoses et sera à
l’origine d’un nouvel individu.
B/
Le
cycle
biologique
Champignon Ascomycète.
d'un
Représenter le cycle de vie d'un
champignon
Ascomycète,
dont
la
particularité est d'avoir une phase
haploïde dominante sur la phase
diploïde.
Voir docs 2p101 et 4p103
Chez le Champignon Ascomycète (=qui
fabrique des asques) Sordaria, le cycle de
développement est caractérisé par une
phase haploïde dominante.
La place de la méiose dans le cycle diffère
de celle mise en évidence chez l’Homme.
La
méiose
suit
immédiatement
la
fécondation.
Elle est directement suivie d’une mitose (
mitose post-méiotique).
II/ Meiose et fécondation sont à
l’origine du brassage génétique.
A/ Une hétérozygotie à de nombreux locus.
Du fait de la variabilité de la molécule d’A.D.N., beaucoup de gènes du
patrimoine génétique d’une espèce sont présents sous la forme de divers
allèles.
Pour les cellules diploïdes, il existe deux exemplaires de chaque chromosome :
chaque gène peut donc être représenté par deux allèles situés au même
locus sur deux chromosomes homologues.
Pour un gène donné, un individu est qualifié d’hétérozygote s’il possède deux
allèles différents de ce gène ; il est homozygote si les chromosomes
homologues portent le même allèle.
Chez l’Homme, on considère que 2000 gènes sont hétérozygotes sur les
30 000 que comporte le génome humain.
 L’hétérozygotie pour de nombreux locus est donc de règle.
B/ Brassage génétique lié à la méiose.
1- Un brassage interchromosomique.
Voir étapes de la méiose en photos p104.
Doc sur quantité d’ADN
Film meiose
En anaphase de la première division méiotique, les deux chromosomes
homologues se séparent et migrent vers les pôles opposés de la cellule.
Cet événement est valable pour l’ensemble des n paires du caryotype.
Cette séparation est aléatoire et participe à un brassage de l’ensemble
des chromosomes : c’est un brassage interchromosomique.
Ce brassage permet de produire 2n types de gamètes différents, où n
est le nombre de paires de chromosomes homologues. Dans le cas de
l’espèce humaine, cela signifie qu’un individu, homme ou femme, peut
produire par ce seul processus 2 23, soit plus de 8 millions de types de
spermatozoïdes et d’ovules différents.
Les transformations cytologiques lors de la méiose
Cellule après mitose
Prophase 1
1 cellule 2n = 4, bichromatidiens
Anaphase 1
Métaphase 1
Télophase 1
Prophase 2
2 cellules n = 2, bichromatidiens
Métaphase 2
1ère division de méiose
Anaphase 2
Télophase 2
4 cellules n = 2, monochromatidiens
2nde division de méiose
Les transformations cytologiques lors de la méiose
1ère
division de
méiose
Cellule après mitose
1 cellule 2n = 4, bichromatidiens
Métaphase 1
Prophase 1
Télophase 1
Anaphase 1
Métaphase 2
2 cellules n = 2, bichromatidiens
Anaphase 2
Prophase 2
2nde
division de
méiose
Télophase 2
4 cellules n = 2, monochromatidiens
2- Un brassage intrachromosomique.
Doc: Quantité d’ADN au cours de la meiose
Doc: chiasma
Les deux chromosomes d’une même paire portent des allèles différents
pour un certain nombre de locus.
Au cours de la prophase de la première division méiotique, les
chromosomes homologues s’apparient et s’enchevêtrent. Il se
produit alors des échanges réciproques de segments d’A.D.N.
entre ces chromosomes. Par ce processus de recombinaison
homologue par crossing-over, un allèle d’un chromosome peut
ainsi être échangé avec l’allèle porté par le chromosome
homologue. Tous les gènes situés sur une paire de chromosomes
peuvent être brassés par crossing-over modifiant ainsi, l’association
d’allèles portée par chacun des chromosomes.
Ce brassage est qualifié d’intrachromosomique ; il augmente
considérablement la diversité des gamètes produits.
Les transformations cytologiques lors de la méiose
Cellule après mitose
Prophase 1
1 cellule 2n = 4, bichromatidiens
Anaphase 1
Métaphase 1
Télophase 1
Prophase 2
2 cellules n = 2, bichromatidiens
Métaphase 2
1ère division de méiose
Anaphase 2
Télophase 2
4 cellules n = 2, monochromatidiens
2nde division de méiose
Les transformations cytologiques lors de la méiose
1ère
division de
méiose
Cellule après mitose
1 cellule 2n = 4, bichromatidiens
Métaphase 1
Prophase 1
Télophase 1
Anaphase 1
Métaphase 2
2 cellules n = 2, bichromatidiens
Anaphase 2
Prophase 2
2nde
division de
méiose
Télophase 2
4 cellules n = 2, monochromatidiens
Le brassage chromosomique chez Sordaria.


Asque avec répartition ascospores 4 noires - 4 blanches :
allèle couleur de spore blanche :
allèle couleur de spore noire :
Zygote
Brassage
Interchromoso
mique
FECONDATION
Réplication
MEIOSE
1ère division
2nde division
Réplication
MITOSE
Asque avec
8
ascospores
Asque avec répartition des ascospores
2 noires-2 blanches-2 noires-2 blanches :
CHIASMA
Brassage
Intrachromoso
mique Brassage
Interchromoso
mique
FECONDATION
Réplication
MEIOSE
1ère division
2nde division
Réplication
MITOSE
Asque avec
8
ascospores
C/ La fécondation amplifie le brassage génétique.
Voir étapes de la fécondation en photos p106.
La fécondation rétablit la diploïdie en réunissant les lots
haploïdes des gamètes d’une même espèce.
Deux parents d’un couple sont tous deux hétérozygotes pour
un certain nombre de gènes et sont génétiquement
différents l’un de l’autre.
Par méiose, chaque parent produit une grande diversité de
gamètes. La fécondation réunit deux gamètes au hasard et
reconstitue les couples d’allèles.
Si l’on ne considère que le seul brassage
interchromosomques, le nombre de cellules-œufs
différentes que la fécondation peut engendrer est de 2n x 2n
soit 22n (246 chez l’Homme, plus de 70 000 milliard !).
La fécondation en réunissant au hasard un gamète mâle et
un gamète femelle, amplifie donc considérablement le
brassage génétique.
 La méiose et la fécondation réalisent un brassage
génétique qui assure l’unicité des descendants.
D/ Les anomalies chromosomiques.
Voir documents p108-109
Des perturbations dans la répartition des chromosomes
lors de la formation des gamètes conduisent à des
anomalies du nombre des chromosomes.
Conclusion générale
Chez les organismes présentant une reproduction
sexuée, une phase haploïde et une phase
diploïde alternent (doc 4p103).
Le maintien constant du nombre de chromosomes
caractéristique de l’espèce (doc 3p102) est
assuré par deux processus biologiques
complémentaires :
-la méiose (2n → n) et
-la fécondation (n+n → 2n).
III/ Étude de trois exemples de relations entre mécanismes de
l’évolution et génétique.
Les innovations génétiques peuvent
être favorables, défavorables ou
neutres pour la survie de l’espèce.
A/ Étude de l’exemple du paludisme et
de la fréquence de l’allèle βS de la globine
Page 138-139 du livre
B/ Du mélanisme de la phalène du bouleau.
Page 136-137
C/ Comparaison de molécules
homologues de différentes espèces,
ayant les mêmes propriétés.
Exemple : les hémoglobines de
mammifères.
 La
sélection naturelle s’exerce sur les
phénotypes.
 Elle s’exerce sur des variations
existantes
 C’est un phénomène orienté,
l’orientation dépend des facteurs
environnementaux
 Elle repose sur l’inégalité des chances
de reproduction
 Elle n’est pas toujours adaptative
(sélection sexuelle)
23
Les mutations qui confèrent un avantage
sélectif aux individus qui en sont porteurs
ont une probabilité plus grande de se
répandre dans la population.
- Des mutations génétiques peuvent se
répandre dans la population sans conférer
d’avantage sélectif particulier (mutations
dites neutres)
Mécanisme : le crossing-over
inégal
Ce phénomène crée de nouveaux gènes par mutations sans provoquer
la perte de la fonction biologique codée par le gène ancestral.
25
D/ Comparaison des caractères crâniens du
fœtus de Chimpanzé et du fœtus humain.
Des mutations affectant les gènes de
développement (notamment les gènes
homéotiques) peuvent avoir des
répercussions sur la chronologie et la durée
relative de la mise en place des caractères
morphologiques. De telles mutations
peuvent avoir des conséquences
importantes.
-
Duplication/Mutation peuvent expliquer la
macroévolution
Reconstitution de
l’évolution des insectes
à partir des mutants de
drosophiles présentant
des délétions de
certains gènes
homéotiques
27
Si la
de développement
ralentie,
Si vitesse
est ralentie,
sans modification est
de durée,
le
sans
modification
de durée,
descendant
descendant
aura à l’âge
adulte le
la même
taille que
aura
à l’âgemais
adulte
laun
même
taille
que: son
son ancêtre
aura
aspect
juvénile
c’est la
ancêtre maisdécélération
aura un aspect
juvénile: c’est la
ou néoténie
néoténie.
28
Si la vitesse de développement
est accéléré:

La taille sera la même que celle de l’ancêtre, mais les
caractères adultes seront plus marqués : accélération.

Si la vitesse de développement diminue, le descendant
sera plus petit et aura une morphologie juvénile :
hypomorphose.

CCL: l’hétérochronie est la modification de la durée
ou de la vitesse du développement.
29
 Si
elle diminue, le descendant sera plus
petit et aura une morphologie juvénile :
hypomorphose.
 Si
elle s’allonge, la croissance durera plus
longtemps, le descendant sera plus grand
que son ancêtre et une morphologie
hyper-adulte : hypermorphose
30
Comment
uneune
identité
98entre
% entre
Ou comment
identitégénétique
génétique dede
98%
le
chimpanzé
et l’Homme
peut –elle
se traduire
une si
le
chimpanzé
et l’Homme
peu-elle
separ
traduire
grande
différence
phénotypique
?
par une si
grande
différence
phénotypique?
31
32
Chez le chimpanzé, jusu’à l’âge de 1 an et demi, le trou occipital
est au milieu et la forme du crâne est exactement la même que
celui de l’adulte humain: les bourrelets sus-orbitaires, les canines
en crocs, le prognathisme se développe ensuite. Page 142.
33
 Les
caractères « humains » sont des
caractères de Primate juvénile, les
caractères « simiesques » sont des
caractères de Primates adultes. Ils
apparaissent au cours du développement.
Les phases de développement
Chimpanzé
Ph embry
:
2 sem
Ph foetale :
8 mois
Ph lactéale :
Jusqu’à 3 ans
Ph de substitution :
Jusqu’à 6 ans
Maturité sexuelle
Homme
Ph embry :
8 sem
Ph fœtale : 9
mois
Ph lactéale : jusqu’à 6 ans
Ph substitution : jusqu’à
14 ans
35
Maturit
é
sexuell
e

Allongement de la phase embryonnaire qui
conduit à l’hypertrophie du système nerveux

Allongement de la phase de substitution qui
conduit à l’allongement des membres inférieurs.

Allongement de la phase de descente du larynx
(18 mois chez le Chimpanzé, 3 ans chez
l’homme) qui allonge le pharynx et permet le
langage articulé = hypermorphose
36
 Le
développement du crâne est tronqué : il
garde sa forme arrondie, le trou occipital
reste orienté vers l’avant.
 Le
bassin reste court et large : ce sont des
hypomorphoses qui permettent la bipédie
permanente.
37



Peu d’innovations
génétiques sont
nécessaire pour passer du
plan d’organisation du
chimpanzé à l’Homme.
Les gènes de structures
existent déjà.
Les mutations affectants
les gènes régulateurs du
développement
provoquent de grandes
modifications
phénotypiques.
38