Trousse d’activités éducatives La génétique et les technologies reproductives À partir de la 11e année (2e cycle du secondaire) Gène récessif ou dominant? Insémination artificielle ou transfert embryonnaire ? Pour les producteurs laitiers, ces dilemmes font partie de la vie de tous les jours. Ici, nous défions les élèves de résoudre, à l’aide de l’échiquier de Punnett, des problèmes de génétique ainsi que d’améliorer la génétique du troupeau laitier du Musée. Ils devront déceler les faiblesses génétiques d’une vache et y remédier dans sa progéniture en lui choisissant un taureau de reproduction. Ils pourront également prédire les résultats de ce croisement, puis les comparer aux dossiers réels. Ils découvriront les avantages et les défis des technologies reproductives en agriculture et la place des animaux génétiquement modifiés dans les fermes modernes. Contenu $ Un programme enrichissant Groupes visés Durée Dates de présentation Objectifs d=apprentissage Méthodes d=apprentissage Liens avec les programmes d=études Coût, paiement et nombre d=élèves $ Renseignements pratiques essentiels L=encadrement, c=est important Comment s=habiller Des places pour manger Étiquettes d=identification Expositions Visite de familiarisation gratuite Modification de la réservation Où se rendre Plan sommaire de la ville Plan des installations du Musée En arrivant $ Activités à faire en classe ou à la maison Sciences et technologie La technologie transgénique La loi de Mendel sur l’hérédité L’évolution de la vache laitière Le clonage des plantes et des animaux Le clonage d’une violette africaine Jeu-questionnaire sur la terminologie Programme de croisement terminal La génétique et les technologies reproductives Pour les enseignants Un programme enrichissant Groupes visés Ce programme s=adresse aux élèves à partir de la 11e année (2e cycle du secondaire). Durée 2 heures 30 minutes Dates de présentation Ce programme est offert en semaine de septembre à juin. Objectifs d’apprentissage • Se renseigner sur l’évolution de la vache laitière au Canada grâce à la sélection naturelle et à la reproduction sélective. • Comprendre l’importance de la génétique et de la reproduction sélective dans l’élevage laitier. • Apprendre à résoudre des problèmes de génétique élémentaire en utilisant la grille de Punnet. • Découvrir le rôle des animaux transgéniques dans les fermes canadiennes. • Découvrir les avantages et les défis que présentent les techniques de reproduction pour l’élevage laitier. Méthodes d’apprentissage • Visiter le troupeau laitier du Musée de l’agriculture du Canada. • Comparer l’évolution de la Canadienne, de la Shorthorn laitière et de la Holstein. • Résoudre des problèmes de génétique élémentaire en utilisant la grille de Punnet. • Le jeu des correspondances : indiquer quels traits de quels organismes vivants ont été combinés pour créer des animaux transgéniques. • Évaluer les traits physiques d’une vache laitière et choisir le meilleur taureau reproducteur. Liens avec les programmes d’études ONTARIO Onzième année Biologie – Biodiversité – Évolution – Continuité génétique – Anatomie et fonctions animales – Anatomie des mammifères Douzième année Science – Technologies médicales – Biotechnologies Biologie – Génétique moléculaire QUÉBEC e 2 Cycle du secondaire Science et technologie • Compétence 1 – Chercher des réponses ou des solutions à des problèmes d’ordre scientifique ou technologique Coût, paiement et nombre d==élèves Les frais de participation peuvent être acquittés à l=avance ou à l=arrivée, en argent comptant, par carte de crédit (VISA or MasterCard), par carte de débit ou par chèque à l=ordre du Musée de l=agriculture du Canada. Pour plus d’information sur les frais, veuillez consulter notre brochure des programmes scolaires en vous rendant sur le site Web du Musée de l=agriculture du Canada. Le nombre maximal d=élèves par groupe pour ce programme est de 25. Pour toute question, n’hésitez pas à téléphoner au 613 991-3053. Au plaisir de vous voir au Musée ! La génétique et les technologies reproductives Pour les enseignants La technologie transgénique La technologie transgénique permet aux scientifiques de créer des organismes affichant un trait nouveau qui n’est pas habituellement présent dans l’espèce; par exemple, un type de riz appelé riz doré présente un niveau élevé de vitamine A. Le principe sous-jacent de la production d’organismes transgéniques consiste à introduire un ou plusieurs gènes dans un organisme (les gènes insérés sont appelés transgènes). Voici d’autres exemples d’organismes transgéniques : les chèvres transgéniques, qui produisent du lait renfermant une protéine recombinante de soie d’araignée, connue sous l’appellation commerciale BioSteel (produite par Nexia Biotechnologies); les souris transgéniques (appelées fondatrices), porteuses d’un oncogène favorisant le développement de divers cancers; le maïs Bt, porteur du matériel génétique d’une bactérie du sol, Bacillus thuringiensis (Bt), produisant des protéines d’apparence cristalline néfastes à la pyrale du maïs; des poissons transgéniques à hormone de croissance, porteurs d’un transgène donnant des poissons de plus grande taille. À partir des exemples précités, expliquez la fabrication d’un transgène avec la technique de l’ADN recombinant et son insertion dans un organisme. Analysez les risques, les avantages et les applications de la technologie transgénique, de même que certaines considérations d’ordre social, éthique et légal qui s’y rattachent. La génétique et les technologies reproductives Pour les enseignants La loi de Mendel sur l’hérédité Il est rare que les éleveurs de bovins éprouvent de graves problèmes génétiques, mais quand cela se produit, les effets peuvent s’avérer dévastateurs, détruire leurs moyens de subsistance et même acculer leurs fermes à la faillite. Et ce fut le cas lors d’une vaste épidémie de nanisme (chondrodysplasie) parmi les élevages de Herefords d’Amérique du Nord au cours du XXe siècle. Comme l’élevage se concentre de plus en plus sur certaines lignées et, généralement, s’en remet presque toujours à un nombre limité de géniteurs, il importe d’isoler les animaux porteurs de divers défauts génétiques, afin de pouvoir les écarter de l’élevage ou les éliminer de la race. Les généticiens ont conçu et mis au point des tests permettant de déceler certain défauts génétiques, comme l’arthrogrypose multiple (syndrome de « Curly Calf ») découverte dans des troupeaux de bœuf Angus aux ÉtatsUnis en septembre 2008. Pour connaître les signes physiques de ce défaut génétique, consulter les sites Web suivants : Association Canadienne Angus : http://www.cdangus.ca/french/french _ main.htm The Beef Magazine : www.beefmagazine.com The Cattle Network : www.cattlenetwork.com À partir des résultats de la recherche et en vous servant de la grille de Punnet, indiquez combien de veaux seraient « atteints », « porteurs » et « non-porteurs » à la suite des accouplements indiqués ci-dessous. Expliquez ces résultats à partir des concepts suivants : génotype, phénotype, homozygote, hétérozygote, dominance et récessivité. 1) Taureau porteur (Cc) accouplé à une vache non-porteuse (CC) 2) Taureau porteur (Cc) accouplé à une vache porteuse (Cc) La génétique et les technologies reproductives Pour les enseignants La loi de Mendel sur l’hérédité (Réponses) Le phénotype d’un organisme correspond à ses caractéristiques physiques et évolutives observables. Ici, les veaux dits « curly calves » sont mort-nés et affichent, entre autres symptômes, une colonne vertébrale repliée ou tordue, une petite taille et une apparence frêle ainsi que des pattes rigides, parfois en hyperextension. Les animaux porteurs de ce défaut, qui n’ont donc qu’une seule copie du gène récessif, semblent normaux, mais peuvent donner des veaux atteints s’ils sont accouplés à un autre sujet porteur. Le génotype d’un organisme correspond à l’ensemble de gènes particulier constituant son génome. Les gènes apparaissent par paires à des points précis des chromosomes. Les deux gènes distincts d’une paire de gènes s’appellent allèles. Ces allèles peuvent être identiques (homozygotes) ou différents (hétérozygotes). Dans le cas d’hétérozygotes, un allèle sera dominant, dictant l’aspect d’un trait particulier de l’organisme, tandis que l’autre allèle sera récessif. Un trait récessif n’apparaît qu’en présence de deux allèles récessifs – correspondant à l’état de double récessivité. C = Gène normal dominant c = Gène récessif de l’arthrogrypose multiple Ici, l’arthrogrypose multiple constitue un défaut récessif létal, le veau devant hériter du défaut génétique de ses deux parents pour être atteint (cc – deux gènes récessifs). Les animaux peuvent aussi être porteurs, en n’ayant qu’une seule copie du gène récessif (Cc). 1) 50 % porteurs, 50 % non-porteurs, 0 % veaux atteints 2) 50 % porteurs, 25 % non-porteurs, 25 % veaux atteints La génétique et les technologies reproductives Pour les enseignants L’évolution de la vache laitière au Canada Les vaches laitières d’aujourd’hui sont différentes de celles des premiers colons nord-américains. Étudiez l’histoire et l’évolution des trois races laitières suivantes au Canada : la Canadienne, la Shorthorn laitière et la Holstein. Les sites Web officiels des associations de ces races constituent d’excellents points de départ pour votre recherche. À partir de ces exemples, expliquez les processus de la sélection naturelle et de la sélection artificielle (p. ex., la reproduction sélective) et indiquez de quelle façon ils influent sur l’évolution et l’extinction de diverses espèces. Indiquez dans vos conclusions le rôle des diverses techniques de reproduction (p. ex., l’insémination artificielle, la fécondation in vitro, le transfert d’embryon, le clonage) dans l’évolution de la vache laitière au Canada. Analysez et comparez certaines considérations d’ordre social, éthique et légal qui s’y rattachent, ainsi que les aspects clés de la réglementation canadienne portant sur ces techniques de reproduction, dans le cas des humains et des autres espèces. La génétique et les technologies reproductives Pour les enseignants Le clonage des plantes et des animaux : y a-t-il une différence? Un clone est une copie génétique exacte d’un organisme (ayant exactement la même ADN). Les humains clonent des plantes depuis des milliers d’années par la reproduction végétative (reproduction in vitro) et, plus récemment, grâce à la méthode appelée propagation par culture de tissus. Par contre, le clonage des animaux n’est devenu possible que dans la seconde moitié du XXe siècle, grâce à la technique du transfert nucléaire. À partir de vos recherches, décrivez les trois techniques de clonage déjà mentionnées et indiquez certaines des difficultés éprouvées par les scientifiques dans le clonage des plantes ou des animaux. Analysez les risques, les avantages et les applications du clonage, de même que certaines considérations d’ordre éthique et légal qui s’y rattachent. La génétique et les technologies reproductives Pour les enseignants Le clonage d’une violette africaine Matériel Violette africaine Papier d’aluminium Règle métrique Bocal transparent Ciseaux ou lame tranchante Eau Directives 1. Choisissez une feuille saine et solide provenant du milieu de la plante parente. Prenez soin de choisir une feuille dont la tige (pétiole) est assez longue, mesurant de préférence 1,5 à 2 pouces. Coupez le bout du pétiole en angle avec une lame tranchante. 2. Remplissez d’eau presque à ras bord le bocal transparent et recouvrez-le de papier d’aluminium. En faisant bien attention, percez un petit trou au centre du papier d’aluminium (suffisamment grand pour laisser passer la tige de la feuille). Vous pouvez utiliser un cure-dent pour soutenir un peu la feuille. 3. Surveillez quotidiennement le niveau d’eau du bocal, afin de vous assurer que la tige reste bien immergée. Prenez soin d’ajouter de l’eau à mesure que le niveau baisse. 4. Observez la bouture de feuille au cours des prochaines semaines et notez vos observations. Les plantules devraient commencer à pousser et apparaître sur la tige en quelques semaines. 5. Séparez soigneusement les plantules et plantez-les dans des pots à fleurs. Date : _______________ Nom : _____________________ Terminologie Jeu-questionnaire 1) Chez les animaux reproduits par voie sexuée, une forme spécialisée de division cellulaire appelée __________ produit des cellules appelées __________ (soit un spermatozoïde, soit un ovule), lesquelles sont __________ ou ne renferment qu’une seule copie de chaque gène. 2) Le complément total des gènes d’un organisme ou d’une cellule, appelé __________, peut être emmagasiné sur un chromosome ou plus, selon l’organisme. 3) L’__________ est constitué de deux chaînes composées d’adénine, de cytosine, de guanine et de thymine (__________). 4) La __________ __________ : le processus qui produit les organismes les mieux adaptés pour qu’une population puisse survivre, se reproduire et transmettre ses gènes à sa descendance. 5) Les caractéristiques physiques et évolutives observables d’un organisme constituent son __________. 6) Une cellule __________ présente deux ensembles de chromosomes (un de chaque parent). 7) La __________ est l’ensemble des techniques scientifiques servant à créer ou à modifier des plantes, des animaux et des organismes. 8) Il est possible de modifier les gènes de manière artificielle, afin de changer certaines caractéristiques d’un organisme. Les organismes dont on a ainsi manipulé l’ADN portent le nom d’__________ __________. 9) On appelle __________ la cellule formée quand un spermatozoïde et un ovule fusionnent, puis combinent leurs chromosomes. 10) La __________ __________ : l’amélioration d’une variété donnée de plante cultivée ou d’animal domestique à partir de la reproduction d’exemplaires possédant les caractéristiques désirées. 11) Chaque membre d’une paire de gènes située à un point précis d’un chromosome précis porte le nom d’__________. Ils peuvent être __________ ou __________. S’ils sont identiques, ils sont __________; s’ils sont différents, ils sont __________. 12) Le __________ est l’unité de base de l’hérédité d’un organisme vivant. Tout ce qui vit en dépend, afin de conserver l’information pour fabriquer et entretenir ses cellules, puis transmettre ses traits à sa descendance. 13) En cours. __________ est le transfert de cellules vivantes, de tissus ou d’organes d’une espèce à une autre. 14) On appelle __________ __________ toute cellule du corps qui n’a aucun rôle direct dans la reproduction. Elle se reproduit par __________. La génétique et les technologies reproductives Pour les enseignants Terminologie Jeu-questionnaire 1) Chez les animaux reproduits par voie sexuée, une forme spécialisée de division cellulaire appelée méiose produit des cellules appelées gamètes (soit un spermatozoïde, soit un ovule), lesquelles sont haploïdes ou ne renferment qu’une seule copie de chaque gène. 2) Le complément total des gènes d’un organisme ou d’une cellule, appelé génome, peut être emmagasiné sur un chromosome ou plus, selon l’organisme. 3) L’ADN est constitué de deux chaînes composées d’adénine, de cytosine, de guanine et de thymine (nucléotides). 4) La sélection naturelle : le processus qui produit les organismes les mieux adaptés pour qu’une population puisse survivre, se reproduire et transmettre ses gènes à sa descendance. 5) Les caractéristiques physiques et évolutives observables d’un organisme constituent son phénotype. 6) Une cellule diploïde présente deux ensembles de chromosomes (un de chaque parent). 7) La biotechnologie est l’ensemble des techniques scientifiques servant à créer ou à modifier des plantes, des animaux et des organismes. 8) Il est possible de modifier les gènes de manière artificielle, afin de changer certaines caractéristiques d’un organisme. Les organismes dont on a ainsi manipulé l’ADN portent le nom d’organismes transgéniques. 9) On appelle zygote la cellule formée quand un spermatozoïde et un ovule fusionnent, puis combinent leurs chromosomes. 10) La reproduction sélective : l’amélioration d’une variété donnée de plante cultivée ou d’animal domestique à partir de la reproduction d’exemplaires possédant les caractéristiques désirées. 11) Chaque membre d’une paire de gènes située à un point précis d’un chromosome précis porte le nom d’allèle. Ils peuvent être dominants ou récessifs. S’ils sont identiques, ils sont homozygotes; s’ils sont différents ils sont, hétérozygotes. 12) Le gène est l’unité de base de l’hérédité d’un organisme vivant. Tout ce qui vit en dépend, afin de conserver l’information nécessaire pour fabriquer et entretenir ses cellules, puis transmettre ses traits à sa descendance. 13) On appelle xénotransplantation le transfert de cellules vivantes, de tissus ou d’organes d’une espèce à une autre. 14) On appelle cellule somatique toute cellule du corps qui n’a aucun rôle direct dans la reproduction. Elle se reproduit par mitose. La génétique et les technologies reproductives Pour les enseignants Programmes de croisement terminal Les entreprises modernes de production de viande de porc doivent faire appel à la génétique de pointe. De nos jours, la presque totalité des grands producteurs commerciaux s’en remettent à un programme de croisement terminal, afin d’obtenir des animaux de boucherie de qualité supérieure destinés aux marchés. Pour ce faire, les producteurs doivent donc accoupler deux bêtes de race issues de deux races différentes, les Yorkshire, Landrace, Duroc et Hampshire étant les races les plus populaires au Canada. La descendance de première génération (F1) issue de ce programme de croisement est réputée pour sa vigueur hybride (hétérosis). Elle affiche en mieux les caractéristiques désirées des deux parents, notamment une plus grande taille, une vitesse de croissance accrue et un meilleur rendement boucher. Ces hybrides peuvent être soit mis en marché, soit accouplés de nouveau pour obtenir une descendance de seconde génération (F2). Ils ne serviront jamais à la reproduction à long terme. À l’aide de la grille de Punnet, indiquez quelle sera la descendance de première et de seconde génération issue des croisements entre les races indiquées ci-dessous. Y = Yorkshire L = Landrace D = Duroc H = Hampshire