La génétique et les technologies reproductives

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