LA GENETIQUE

LA GENETIQUE
I. QU'EST CE QUE L'INFORMATION GENETIQUE?
1. pourquoi les êtres vivants sont comme ils sont?
a. le phénotype d'un être vivant.
Le phénotype est l'ensemble de toutes les caractéristiques de cet être vivant, tout ce qui le décrit.
Parfois les caractéristiques sont : - visibles : taille, couleur de cheveux, le nombre de
grain de l'épi,...
- non visibles : niveau de production laitière, le
groupe sanguin, le taux de protéines d'un grain.
b. de quoi dépend le phénotype?
Il dépend de deux choses : - de lui même (plus précisément de ses gènes).
- du milieu dans lequel il vit.
En fait les caractéristiques sont déterminées par :
- que par les gènes (ex : groupe sanguin).
- par l'action gènes plus milieu (ex : taux de protéines des grains de blé).
- que par le milieu (ex : la langue parlée).
c. où sont les gènes?
Les informations permettant d'avoir certaines caractéristiques sont inscrites dans l'organisme
vivant : sur la molécule d'ADN et sont localisées dans le noyau de chaque cellule.
Le gène est donc un morceau d'ADN comportant une information biologique (homme 40000 à
50000 gènes).
d. les gènes déterminent les caractères.
Les gènes peuvent commander l'apparition d'une caractéristique grâce à des protéines.
ex : la mucoviscidose : maladie affectant les poumons (production d'un épais mucus : difficulté
respiratoires) et le pancréas (problèmes digestifs) : elle est déterminée par des gènes. Les
personnes ayant cette maladie ne possèdent pas de gène G commandant la fabrication d'une
protéine P (elle nettoie les poumons et régit le fonctionnement du pancréas).
Tous les gènes agissent de cette façon : ordonnent la production de protéine et ce sont finalement
ces protéines qui agissent sur le phénotype.
2. localisation et organisation de l'information génétique.
a. le chromosome
Les gènes sont sur le chromosome, généralement dans le noyau des cellules.
Ils se suivent le long d'un chromosome.
Quand la cellule fait son travaille, qu'elle ne se divise pas, les chromosomes sont longs, fins, tous
emmêlés les un avec les autres. C'est la chromatine (PHOTO 1).
Quand elle se divise, ils sont gros, épais, courts et bien individualisés. Ils sont aussi "double" car
une copie de lui même a été construite en vue de la division (PHOTO 2).
b. dans le noyau?
Il y a les chromosomes. On peut les classer. Le document obtenu s'appelle le caryotype.
(DOCUMENT 1).
3. le génotype détermine le phénotype.
a. les gènes allèles
Si on prend un exemple : la corolle des tulipes : détermination de la couleur par les gènes : on n'a
la même caractéristique, mais des informations différentes : ces gènes sont appelés gènes allèles
ou allèles.
b. la double commande
Chez beaucoup d'espèce, chaque caractère est commandé par deux gènes.
1er cas : 2 allèles identiques sur une plante, on a donc le même ordre.
Gène blanc
Gène blanc
Fleur blanche
2ème cas : 2 gènes allèles différents :
- soit l'un des deux l'emporte : gène dominant et gène récessif.
Gène blanc
Gène noir
Fleur noir
- soit les 2 gènes ont la même autorité : gènes codominants.
Gène blanc
Gène noir
Fleur grise
Un peu de vocabulaire et conventions:
- Le génotype est une combinaison particulière de gènes participant à la détermination d'un
caractère.
si l'être vivant possède deux fois le même gène : homozygote pour ce couple de gènes.
si l'être vivant possède deux gènes allèles différents : hétérozygote pour ce couple de
gènes.
Lorsque les gènes sont récessifs, sont désignés par une lettre minuscule et les gènes dominants
par une lettre en majuscule.
EXERCICE 1 et EXERCICE 2
c. où sont les gènes allèles
Un caractère est gouverné par deux allèles : toujours localisés sur des chromosomes distincts
mais chacun au même niveau sur son chromosome.
A1
Chromosome 1
2 allèles A1 et A2 différents
A2
Chromosome 1 bis
Certaines analogies : même nombre de gènes, même taille, même distribution des gènes. On dit
qu’ils sont homologues (différents de identiques).
d. les chromosomes humains
Les êtres humains possèdent 46 chromosomes (23 paires) : regroupés deux par deux.
Les même paires : des ressemblances mais pas identiques.
La 23ème paire : particularité : caractère sexuel : la femme : XX
L’homme : Xy
Il existe des êtres vivants ayant un seul et unique chromosome : la bactérie.
Le problème, c’est quand il y a défaillance : il n’y a pas d’autres exemplaire.
e. caractères qualitatifs et quantitatifs
Caractères quantitatifs : ils sont dirigés par un grand nombre de couples de gènes.
Sont fortement influencés par les conditions du milieu.
Sont mesurables.
Prennent une infinité de formes que l’on peut quantifier (mesurer).
Sont ceux qui intéressent le plus le producteur.
Ex : teneur en protéines d’un maïs, le poids d’un animal adulte, le
rendement d’un blé, la teneur en sucre d’une betterave sucrière.
Caractères qualitatifs : dirigés par un seul couple de gènes.
Sont peu ou pas influencés par le milieu.
Ne sont pas mesurables mais peuvent être décrits par des mots.
Prennent un petit nombre de formes.
Ex : couleurs des pétales, le groupe sanguin d’un être humain, présence
ou non de poils angora chez un animal.
II. COMMENT SE TRANSMET L'INFORMATION GENETIQUE?
1. chez l'être vivant lui-même
a. production de nouvelles cellules
L’organisme vivant produit sans cesse de nouvelles cellules : remplacement des vieilles cellules
ou augmentation de la taille et masse de l’organisme.
b. de où viennent ces nouvelles cellules?
Toute nouvelle cellule vient d’une cellule préexistante : la cellule mère (la toute première : la
cellule œuf).
La cellule mère va se diviser en deux : les cellules filles vont par la suite aussi se diviser et ainsi
de suite. Ce phénomène est appelé la mitose.
c. leur patrimoine génétique
Le patrimoine génétique des cellules filles est identique à celui de la cellule mère : conservation
des caractéristiques biologiques tout au long de la vie de l’être vivant.
d. préparation des chromosomes pour la mitose.
Avant chaque mitose, la cellule fabrique un double de chaque filament pour équiper chaque
cellule fille.
Un chromosome : 2 chromatides accrochées par le centromère. Elles sont parfaitement
identiques.
e. le déroulement.
La mitose est donc une multiplication des cellules en restant identique.
2. transmission lors de la reproduction sexuée
a. les différentes étapes
La reproduction sexuée est un mode de reproduction qui ne fait intervenir que les gamètes.
1er étape : deux cellules nommées gamètes sont produites.
2ème étape : les deux gamètes fabriqués doivent se rencontrer.
3ème étape : les deux cellules fusionnent pour en former une seule : c’est la fécondation. Elle
donne naissance à la première cellule d’un nouvel organisme : la cellule œuf.
b. réduction du nombre de chromosomes dans les gamètes
Afin que le nombre de chromosomes restent stable, les gamètes doivent avoir deux fois moins de
chromosomes que les autres cellules : Réduction par deux du nombre de chromosomes : la
Méiose.
A noter :
Les cellules diploïdes : 2 lots de chromosomes : aussi appelées cellules somatiques.
Les cellules haploïdes : 1 lot de chromosomes : cellules sexuelles.
EXERCICE 3
c. la reproduction des gamètes
A noter :
Il existe des anomalies chromosomiques :
La séparation d’une paire d’homologues ne se fait pas bien
- si ils ne séparent pas : anomalie du nombre de chromosomes. Souvent l’embryon n’est pas viable ou il y
a avortement naturel. Ex : les trisomies 21, 18, 13 ou un Syndrome (au niveau des chromosomes
sexuelles).
- l’un des deux arrache et emporte un morceau de l’autre structure de l’un des chromosomes : le nombre
de chromosomes dans les gamètes et dans les descendants est normal, mais la structure de l’un des
chromosomes est anormale. Ex : il manque un morceau de chromosome 5 ou 10.
d. le nouveau né, être unique.
L’enfant n’est pas une copie identique de ses parents, c’est un être unique.
Cela est possible grâce à la reproduction sexuée : pas de nouveaux gènes, mais des nouvelles
combinaisons, ce qui permet la diversité au sein d’une espèce génétique.
Le plus :
Les crossing over : au cours de la méiose il se peut que des chromosomes homologues échanges des
fragments de leur ADN : phénomène fréquent. Ce qui augmente le brassage génétique.
Les jumeaux :
- les vrais jumeaux : une seule et unique cellule œuf : puis elle se divise par la mitose, mais les deux
cellules identiques se séparent. Les deux enfants sont génétiquement identiques.
- les faux jumeaux : on a deux ovules expulsés et deux spermatozoïdes pour féconder : on a donc deux
cellules œufs, donc deux enfants génétiquement différents.
Le clonage d’embryons : cela permet de prendre en compte les deux parents. Fécondation puis on retire
l’embryon de l’utérus de la mère et est conservé dans un milieu adapté. Par diverses techniques on obtient
plusieurs embryons que l’on réimplantent à des mères porteuses. On obtient alors artificiellement des vrais
jumeaux voir triplés, quadruplés,…. (Différent de l’insémination artificielle où on ne tient compte que de la
valeur génétique du père).
3. transmission de l'information génétique lors de la reproduction
asexuée
La reproduction est dite asexuée quand de nouveaux individus sont obtenus à partir d’un fragment
d’un autre. Il y a une succession de mitoses dans le fragment initial.
Ce mode de reproduction est le mode prépondérant chez les microbes, elle est fréquente chez les
végétaux (multiplication végétative). Par contre elle est rare chez les animaux.
La reproduction sexuée ne crée aucune diversité : tous les organismes produits sont identiques.
III. INTERVENTION DE L'HOMME SUR L'INFORMATION GENETIQUE.
1. innovation de la nature
Quand une cellule recopie sont ADN avant la division cellulaire, elle peut faire des erreurs. C’est
ce que nous appelons : des mutations.
Ces mutations sont causées par des facteurs extérieurs appelés agents mutagènes :
- les rayonnements (X, gamma…).
- certaines substances chimiques (goudrons du tabac, ion nitrite, des molécules diverse…)
- certains virus.
La plupart du temps les mutations ne sont pas avantageuses, mais elles sont parfois
intéressantes, Ex : la phalène (papillon) du bouleau, le poisson « marcheur ».
Les mutations peuvent être avantageuses ou désavantageuses en fonction du lilieu dans laquelle
elle se déroule.
La diversité génétique permet d’avoir des êtres vivants très variés ce qui est un avantage pour la
survie de l’espèce. La diversité des espèces permet également aux sélectionneurs de disposer du
matériel nécessaire à la création de nouvelles variétés et races animales.
2. méthodes classiques d'amélioration génétique
a. sélection classique
Une espèce regroupe des individus qui peuvent se croiser entre eux.
Les individus d’espèces différentes ne peuvent pas se reproduire ou engendrer des individus
stériles. Exemple : la mule (âne et jument), le tigron (reproduction artificielle entre lion et tigre).
Il existe des subdivisions d’espèce : variété et race.
b. la sélection végétale
Il y a 10 000 ans : début de l’agriculture, début de la sélection des plantes.
Cette première utilisation par l’homme est appelé la sélection massale.
Exemple du blé : les premières sélections ont été : - des blés qui ne s’égrenaient pas à maturité.
- des blés à gros grains.
- des blés à gros épis.
Puis on a vu naître de nouvelles techniques de sélection plus performantes grâce à la génétique :
c’est ce qu’on appelle la sélection créative.
Lorsqu’une variété est créée, il faut produire des semences. C’est la sélection conservatrice ou
la multiplication de semence.
Objectifs recherchés dans la sélection végétale :
- plus productives.
- résistantes aux maladies et ravageurs (moins de traitements donc moins couteux et plus
respectueux de l’environnement).
- des qualités gustatives.
- supportant les conditions climatiques extrêmes.
- une régularité de production.
- adaptation à des usages industriels.
- etc.
c. la sélection animale
- La sélection massale : la plus simple. Sélection sur leurs propres performances.
Exemple : brebis ayant le plus d’agneaux, la vache produisant le plus de matière protéique par
lactation,….
Inconvénient : pas applicable à tous les caractères.
- La sélection sur ascendance : sélection par rapport aux performances des ancêtres. Elle
permet un choix précoce chez les reproducteurs..
Cette méthode est rapide mais peu précise : premier tri qui doit être affiné.
- La sélection sur descendance : se fait surtout pour les mâles : reproducteurs, étalons.
Cette méthode est plus précise mais est longue et coûteuse.
EXERCICE 4
3. le génie génétique
a. définition
C’est un ensemble de techniques qui a pour but d’introduire de nouveaux gènes au sein d’être
vivants afin de leur conférer des propriétés nouvelles.
Un être vivant modifié par adjonction d’un ou plusieurs gènes est OGM (organisme génétiquement
modifié). Ceci est possible car la molécule d’ADN peut être lue par n’importe quel être vivant
(écrite dans un langage universel).
b. comment on obtient un OGM
DOCUMENT 2
c. où trouve-t-on des OGM?
- dans les médicaments fabriqués à partir de bactéries recombinées : insuline, hormone de
croissance, des vaccins, des vitamines, enzymes,….
Mais aussi EPO : substance dopante.
- un maïs Bt : se défend contre la pyrale (papillon dont la chenille dévore le maïs) : elle s’intoxique
et meurt en mangeant.
- plante résistante au glyphosate : possibilité de désherber ces plantes avec des herbicides
contenant cette molécule.
d. danger et limite des OGM.
Nombreuses critiques :
-
Franchissement de la barrière de l’espèce.
-
Diminution de la biodiversité.
-
La fuite des gènes.
-
Apparition de nouvelles souches d’ennemis des cultures.
-
Risque pour la santé humaine.
-
Risque pour les agriculteurs : perte de liberté, augmentation de la dépendance vis-à-vis des
multinationales.