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Plan du chapitre

L'essentiel
1. Rappels : chromosomes, chromatides et quantité d'ADN
Les cellules du corps (cellules somatiques) sont diploïdes : elles possèdent chromosomes, réunis en paires de chromosomes homologues. Dans chaque paire, un chromosome vient de la mère et l'autre du père. Ils portent les mêmes gènes aux mêmes emplacements (les loci), mais pas forcément les mêmes allèles.
Les gamètes sont haploïdes : ils n'ont que chromosomes, un seul par paire. Chez l'être humain, et .
Avant la réplication de l'ADN (phase S), un chromosome est formé d'une chromatide. Après la réplication, il est formé de deux chromatides identiques, dites sœurs, réunies au niveau du centromère.
Définition (Quantité d'ADN)
On note la quantité d'ADN d'un lot haploïde de chromosomes à une chromatide. Une cellule diploïde en phase contient d'ADN ; après la réplication (phase S), elle en contient .
La mitose donne deux cellules filles identiques à la cellule mère, avec chromosomes : la quantité d'ADN varie de à puis revient à .
Si deux gamètes à chromosomes fusionnent, le zygote a chromosomes. Sans un mécanisme qui réduit de moitié le nombre de chromosomes, il doublerait à chaque génération. Ce mécanisme, c'est la méiose.
2. La méiose
Définition (Méiose)
La méiose est une suite de deux divisions cellulaires successives, précédées d'une seule réplication de l'ADN. À partir d'une cellule diploïde à chromosomes, elle forme quatre cellules haploïdes à chromosomes. Elle se déroule dans les cellules germinales (testicules et ovaires chez les animaux).
| Étape | Ce qui se passe | Chromosomes de la cellule | ADN de la cellule |
|---|---|---|---|
| Interphase (phase S) | Réplication de l'ADN, une seule fois | chromosomes, qui passent de 1 à 2 chromatides | |
| Prophase I | Les homologues s'apparient en bivalents (4 chromatides chacun) ; crossing-over | chromosomes à 2 chromatides | |
| Métaphase I | Les bivalents se placent de part et d'autre du plan équatorial | chromosomes à 2 chromatides | |
| Anaphase I | Les homologues se séparent ; chaque chromosome garde ses 2 chromatides | chromosomes à 2 chromatides vers chaque pôle | (cellule entière) |
| Télophase I | Formation de 2 cellules filles | chromosomes à 2 chromatides par cellule | par cellule |
| Métaphase II | Pas de nouvelle réplication ; les chromosomes se placent au plan équatorial | chromosomes à 2 chromatides | |
| Anaphase II | Les chromatides sœurs se séparent | chromosomes à 1 chromatide vers chaque pôle | (cellule entière) |
| Télophase II | Formation de 4 cellules haploïdes | chromosomes à 1 chromatide par cellule | par cellule |
Propriété (Les deux divisions)
- La première division est réductionnelle : elle sépare les chromosomes homologues et fait passer de à chromosomes.
- La deuxième division est équationnelle : elle sépare les chromatides sœurs, comme dans une mitose, et conserve chromosomes.
Remarque
Chez la femme, une cellule germinale ne donne qu'un seul gamète fonctionnel ; les autres cellules, très petites, sont des globules polaires. Le nombre de chromosomes obtenu est le même : .
3. La fécondation
Définition (Fécondation)
La fécondation est la fusion d'un gamète mâle et d'un gamète femelle. Les cytoplasmes fusionnent, puis les deux noyaux haploïdes fusionnent (caryogamie). Elle donne une cellule-œuf, le zygote, à chromosomes.
Le zygote reçoit un lot de chromosomes de chaque parent : il retrouve les paires de chromosomes homologues. La fécondation rétablit la diploïdie que la méiose avait réduite.
Propriété (Stabilité du caryotype)
L'alternance méiose - fécondation maintient constant, de génération en génération, le nombre de chromosomes de l'espèce.
La rencontre des gamètes se fait au hasard : n'importe quel spermatozoïde peut féconder n'importe quel ovule. C'est la fécondation qui assemble les deux lots de chromosomes, mais ce sont la méiose et la fécondation ensemble qui créent la diversité génétique.
4. Le brassage interchromosomique
Pendant la métaphase I, les bivalents se placent au plan équatorial. Pour chaque paire, le chromosome d'origine maternelle peut se trouver d'un côté ou de l'autre du plan, au hasard et indépendamment des autres paires. À l'anaphase I, les chromosomes migrent donc vers les pôles selon des combinaisons différentes.
Propriété (Nombre de gamètes)
Un individu à paires de chromosomes homologues peut produire, par brassage interchromosomique seul, types de gamètes différents, tous équiprobables. Une seule méiose sans crossing-over n'en réalise que 2 : c'est l'ensemble des méioses de l'individu qui produit les combinaisons.
Exemple
Chez l'être humain, donne types de gamètes. La fécondation rapproche deux gamètes au hasard : zygotes différents sont possibles.
Cas de deux gènes portés par deux paires de chromosomes différentes (gènes indépendants) : un individu double hétérozygote forme quatre types de gamètes équiprobables.
| Gamète | ||||
|---|---|---|---|---|
| Proportion |
5. Le brassage intrachromosomique
Pendant la prophase I, les chromosomes homologues sont appariés en bivalents. Des échanges de segments ont lieu entre deux chromatides non sœurs (une de chaque homologue) : c'est le crossing-over (ou enjambement). Il se voit au microscope sous forme de croisements appelés chiasmas.
Définition (Crossing-over)
Le crossing-over est un échange de segments de chromatides entre deux chromosomes homologues, en prophase I. Il produit des chromosomes recombinés, qui portent des associations d'allèles nouvelles.
Il ne change rien pour des gènes situés sur des chromosomes différents. Il intervient pour deux gènes portés par le même chromosome (gènes liés). Soit un individu double hétérozygote : un chromosome porte et , son homologue porte et .
| Situation | Gamètes formés |
|---|---|
| Sans crossing-over entre les deux gènes | et seulement (gamètes parentaux) |
| Avec crossing-over entre les deux gènes | et (parentaux) et , (gamètes recombinés) |
Tous les gamètes ne sont pas recombinés : le crossing-over n'a pas lieu dans toutes les méioses entre deux gènes donnés. Les gamètes parentaux sont donc plus nombreux que les recombinés.
Propriété (Taux de recombinaison)
Le taux de recombinaison est :
Il est toujours inférieur ou égal à 50 %. Si une proportion des méioses présente un (seul) crossing-over entre les deux gènes, alors le taux de recombinaison vaut , car chaque méiose avec crossing-over donne 2 gamètes recombinés sur 4.
Exemple
Pour avec un taux de recombinaison de , les gamètes sont : , , , .
Le brassage interchromosomique (indépendance des chromosomes) et le brassage intrachromosomique (crossing-over) produisent une diversité de gamètes presque illimitée. Avec la fécondation au hasard, chaque individu est génétiquement unique, sauf les jumeaux issus d'un même zygote. Cette variabilité est la matière première de l'évolution.
Remarque
Si les deux homologues d'un bivalent ne se séparent pas à l'anaphase I (ou les deux chromatides sœurs à l'anaphase II), on parle de non-disjonction : certains gamètes ont un chromosome en trop ou en moins. Un gamète à 24 chromosomes qui s'unit à un gamète normal donne par exemple un zygote à 47 chromosomes. Retiens seulement l'idée : ces anomalies sont étudiées avec la génétique humaine.
6. Les cycles de développement
Définition (Cycle de développement)
Le cycle de développement d'une espèce est la succession des phases qui vont d'un zygote au zygote suivant. Il comporte une haplophase (cellules à chromosomes) et une diplophase (cellules à chromosomes). La fécondation commence la diplophase ; la méiose commence l'haplophase.
| Type de cycle | Phase dominante | Position de la méiose | Exemple |
|---|---|---|---|
| Haplophasique | Haplophase ; la diplophase se réduit au zygote | Juste après la fécondation (méiose zygotique) | Un champignon comme Sordaria |
| Diplophasique | Diplophase ; l'haplophase se réduit aux gamètes | À la formation des gamètes (méiose gamétique) | L'être humain, les animaux |
| Haplo-diplophasique | Alternance de deux générations pluricellulaires | À la formation des spores (méiose sporique) | Une mousse (le polytric), une fougère |
Cycle haplophasique (Sordaria). Les filaments (mycélium) sont haploïdes. Deux filaments compatibles fusionnent : leurs noyaux fusionnent à leur tour et forment un zygote à chromosomes, la seule cellule diploïde du cycle. Il subit tout de suite la méiose (4 cellules haploïdes), puis une mitose : l'asque contient 8 spores alignées, qui donnent chacune un nouveau mycélium haploïde.
Cycle diplophasique (être humain). Tout l'organisme est diploïde. Seuls les gamètes, formés par méiose dans les gonades, sont haploïdes. La fécondation donne le zygote, qui se développe par mitoses.
Cycle haplo-diplophasique. Deux générations pluricellulaires alternent. Le sporophyte () forme par méiose des spores (). Chaque spore germe et donne, par mitoses, un gamétophyte () qui produit des gamètes par mitoses. Leur fusion redonne un zygote qui devient un sporophyte. Chez la fougère, la grande plante feuillée est le sporophyte et le gamétophyte (prothalle) est minuscule. Chez la mousse, c'est l'inverse : la plante feuillée est le gamétophyte.
Remarque
Retiens pour chaque type de cycle sa phase dominante, la place de la méiose et un exemple. Les détails anatomiques des mousses et des fougères ne sont pas l'objet de ce chapitre.
Méthodes
Méthode 1 : Identifier une phase de la méiose
- Compte les chromosomes et regarde s'ils ont une ou deux chromatides.
- Regarde s'ils sont appariés (bivalents) : si oui, tu es en prophase I ou en métaphase I.
- Si chromosomes à 2 chromatides migrent par lots de vers les deux pôles, c'est l'anaphase I. Si la cellule n'a que chromosomes à 2 chromatides, non appariés, tu es en division II ; si leurs chromatides se séparent, c'est l'anaphase II.
- Calcule la quantité d'ADN : nombre de chromatides divisé par , exprimé en multiples de .
Exemple
Une cellule d'une espèce à montre 6 chromosomes à 2 chromatides, associés par paires (3 bivalents) sur le plan équatorial. Les homologues sont appariés : c'est la métaphase I, avec 12 chromatides soit . Une autre cellule a 3 chromosomes à 2 chromatides alignés sans association par paires : c'est la métaphase II, avec 6 chromatides soit .
Méthode 2 : Dénombrer les gamètes et les zygotes possibles
- Détermine , le nombre de paires d'homologues ().
- Le nombre de gamètes différents par brassage interchromosomique est .
- Le nombre de zygotes différents est (fécondation au hasard).
- Précise que le crossing-over augmente encore ces nombres.
Exemple
Une espèce de moustique a . Alors , donc types de gamètes et zygotes possibles.
Méthode 3 : Prévoir les gamètes d'un double hétérozygote
- Les gènes sont-ils sur des paires de chromosomes différentes ? Alors 4 gamètes équiprobables, à chacun.
- Sont-ils sur la même paire ? Écris les deux chromosomes de l'individu (par exemple ) : les gamètes parentaux reprennent ces chromosomes tels quels.
- Ajoute les gamètes recombinés avec le taux de recombinaison : chaque recombiné a la proportion , chaque parental la proportion (en %).
Exemple
avec : parentaux et à chacun ; recombinés et à chacun.
Méthode 4 : Déterminer le type de cycle de développement
- Repère les cellules haploïdes et diploïdes grâce au nombre de chromosomes.
- Place la fécondation (début de la diplophase) et la méiose (début de l'haplophase).
- Regarde quelle phase est pluricellulaire et dominante.
- Conclus : méiose juste après la fécondation, haplophase dominante, cycle haplophasique ; méiose aux gamètes, diplophase dominante, cycle diplophasique ; deux phases pluricellulaires, cycle haplo-diplophasique.
Exemple
Une mousse a un gamétophyte feuillé à chromosomes, qui forme des gamètes. Leur fusion donne un sporophyte à (une capsule portée par une soie) qui reste attaché au gamétophyte. Dans la capsule, une méiose forme des spores à qui redonnent un gamétophyte. Deux phases pluricellulaires, avec méiose aux spores : cycle haplo-diplophasique, haplophase dominante.
Méthode 5 : Exploiter les asques de Sordaria (crossing-over)
- Les 8 spores sont rangées dans l'ordre des divisions. Les asques 4 : 4 (4 spores d'un type puis 4 de l'autre) montrent une séparation des allèles dès la division I : pas de crossing-over entre le gène et le centromère.
- Les asques 2 : 4 : 2 et 2 : 2 : 2 : 2 montrent une séparation à la division II : un crossing-over a eu lieu entre le gène et le centromère.
- Pourcentage d'asques recombinés .
- Distance du gène au centromère , car dans un asque recombiné, seules 2 chromatides sur 4 sont recombinées.
Exemple
Sur 200 asques, 160 sont de type 4 : 4 et 40 sont de type 2 : 4 : 2 ou 2 : 2 : 2 : 2. Le pourcentage d'asques recombinés est , donc le gène est à unités de recombinaison du centromère.
Méthode 6 : Rédiger une réponse « type bac »
- Décris : donne les valeurs chiffrées et le sens de variation, sans interpréter.
- Compare : mets les résultats en relation (avant / après, témoin / test).
- Déduis : écris ta conclusion en citant le chiffre qui la prouve.
- Explique : relie la conclusion à un mécanisme du cours (méiose, crossing-over, fécondation).
Exemple
« Le tableau montre que la quantité d'ADN passe de pg à pg puis à pg et à pg (décrire). Elle est divisée par deux deux fois, alors que la mitose la divise par deux une seule fois (comparer). On en déduit que la méiose comporte deux divisions pour une seule réplication (déduire). Cela s'explique par la séparation des homologues puis des chromatides (expliquer). »
Exercices corrigés
Exercice 1 : Reconnaître les phases de la méiose
FacileUne espèce animale a . On note la quantité d'ADN de 4 chromosomes à une chromatide. On observe cinq cellules de testicule en méiose :
| Cellule | Observation |
|---|---|
| A | 8 chromosomes à 2 chromatides, associés en 4 paires, alignés sur le plan équatorial |
| B | 8 chromosomes à 2 chromatides ; 4 migrent vers un pôle et 4 vers l'autre pôle |
| C | 4 chromosomes à 2 chromatides, alignés sur le plan équatorial, sans association par paires |
| D | 8 chromosomes à 1 chromatide ; 4 migrent vers chaque pôle |
| E | une cellule isolée, avec 4 chromosomes à 1 chromatide |
- Identifie la phase de chaque cellule en justifiant.
- Range ces cellules dans l'ordre chronologique.
- Calcule la quantité d'ADN de chaque cellule, en fonction de .
- Explique pourquoi l'ADN passe de (cellule B) à (cellule C), puis à (cellule E).
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1.
- A : les chromosomes homologues sont associés par paires (bivalents) au plan équatorial : métaphase I.
- B : les chromosomes migrent vers les pôles en gardant leurs 2 chromatides (les chromatides sœurs ne se sont pas séparées) : anaphase I, séparation des homologues.
- C : 4 chromosomes à 2 chromatides, la moitié du nombre initial, sans appariement : métaphase II.
- D : les chromatides se sont séparées et migrent, 4 chromosomes à 1 chromatide par pôle : anaphase II.
- E : cellule haploïde finale à 4 chromosomes à 1 chromatide : spermatide (fin de la télophase II).
2. Ordre : A, B, C, D, E.
3. On compte les chromatides : correspond à 4 chromatides.
- A : chromatides, soit .
- B : chromatides dans la cellule entière, soit .
- C : chromatides, soit .
- D : chromatides dans la cellule, soit .
- E : chromatides, soit .
4. Entre B et C, la cellule se divise en deux à la fin de la division I, après la séparation des chromosomes homologues : chaque cellule fille reçoit la moitié des chromosomes et la moitié de l'ADN (). Entre D et E, la division II sépare les chromatides sœurs et répartit les deux lots dans deux cellules : .
Exercice 2 : Diversité des gamètes et des zygotes
FacileDonnées sur quatre espèces (nombre de chromosomes des cellules somatiques) :
| Espèce | Drosophile | Pois | Maïs | Être humain |
|---|---|---|---|---|
| 8 | 14 | 20 | 46 |
- Calcule pour chaque espèce.
- Calcule le nombre de types de gamètes différents que peut produire un individu, par brassage interchromosomique seul.
- Calcule le nombre de zygotes différents possibles par fécondation entre deux individus de la même espèce.
- Pourquoi les nombres réels sont-ils encore plus élevés ?
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1. : drosophile ; pois ; maïs ; être humain .
2. Nombre de gamètes : drosophile ; pois ; maïs ; être humain .
3. Chaque gamète d'un parent peut s'unir à chaque gamète de l'autre, donc : drosophile ; pois ; maïs ; être humain , soit environ .
4. Ces calculs ne tiennent compte que du brassage interchromosomique. Le crossing-over de la prophase I recombine les allèles sur un même chromosome : chaque chromosome n'est plus un simple « morceau maternel » ou « paternel », ce qui multiplie encore les types de gamètes.
Exercice 3 : Quantité d'ADN au cours de la méiose
MoyenOn mesure la quantité d'ADN contenue dans le noyau de cellules d'une espèce animale qui a chromosomes. Les cellules 1 à 5 appartiennent à la même lignée germinale.
| Repère | Cellule observée | ADN (en pg) |
|---|---|---|
| 1 | cellule germinale en interphase, avant toute réplication | 6 |
| 2 | même cellule, pendant la réplication | 9 |
| 3 | même cellule, avec les bivalents sur le plan équatorial | 12 |
| 4 | l'une des deux cellules issues de la première division | 6 |
| 5 | l'une des quatre cellules finales | 3 |
| 6 | zygote formé par la fusion de deux gamètes | 6 |
- Pour chaque repère, indique l'étape correspondante et exprime l'ADN en fonction de .
- Explique les variations pg.
- Donne le nombre de chromosomes et de chromatides des cellules 3, 4, 5 et 6.
- Quelle série de valeurs obtiendrait-on pour deux mitoses successives à partir de la cellule 1 ?
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1. Ici pg, donc pg.
- Repère 1 : phase , .
- Repère 2 : phase S (réplication en cours), entre et .
- Repère 3 : métaphase I, pg.
- Repère 4 : cellule fille de la division I (télophase I), pg.
- Repère 5 : cellule haploïde finale (télophase II), pg.
- Repère 6 : zygote, pg.
2.
- pg : la réplication de l'ADN double la quantité d'ADN.
- pg : la division I sépare les chromosomes homologues et répartit les chromosomes dans deux cellules.
- pg : la division II sépare les chromatides sœurs et les répartit dans deux cellules.
- pg : la fécondation réunit deux gamètes à pg ; le zygote retrouve pg, la quantité d'une cellule diploïde.
3. Avec et :
- Repère 3 : 6 chromosomes à 2 chromatides (12 chromatides).
- Repère 4 : 3 chromosomes à 2 chromatides (6 chromatides).
- Repère 5 : 3 chromosomes à 1 chromatide (3 chromatides).
- Repère 6 : 6 chromosomes à 1 chromatide (6 chromatides).
4. Une mitose conserve : pg (première mitose), puis pg (seconde). On ne descend jamais à pg : c'est la preuve que la quantité d'ADN est divisée par deux deux fois, donc que la méiose comporte deux divisions pour une seule réplication.
Exercice 4 : Brassage interchromosomique chez un double hétérozygote
MoyenChez une espèce animale, deux gènes sont portés par deux paires de chromosomes différentes. Le gène détermine la couleur du corps ( : gris, dominant ; : noir). Le gène détermine la taille des ailes ( : longues, dominant ; : courtes). Un mâle et une femelle de génotype sont croisés.
- En métaphase I, comment les deux paires de chromosomes peuvent-elles se placer ? Quels gamètes obtient-on dans chaque cas ?
- Donne les types de gamètes d'un individu et leur proportion.
- Construis l'échiquier de croisement des gamètes des deux parents.
- Déduis le nombre de génotypes différents et les proportions des phénotypes de la descendance.
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1. Les deux paires se placent indépendamment l'une de l'autre au plan équatorial. Première disposition : et du même côté, et de l'autre : gamètes et . Seconde disposition : et du même côté, et de l'autre : gamètes et . Les deux dispositions sont également probables.
2. Quatre types de gamètes, équiprobables : , , , , à chacun ( types, pour paires étudiées).
3. La fécondation se fait au hasard : cases équiprobables.
| Gamètes femelles \ mâles | ||||
|---|---|---|---|---|
4. On compte 9 génotypes différents : (1/16), (2/16), (2/16), (4/16), (1/16), (2/16), (1/16), (2/16), (1/16). La somme fait .
Phénotypes : [gris, longues] : cases ; [gris, courtes] : cases ; [noir, longues] : cases ; [noir, courtes] : case. Proportions : , , , .
Exercice 5 : Déterminer des cycles de développement
MoyenOn décrit trois organismes (descriptions simplifiées).
Organisme X (un champignon). Il vit sous forme de filaments dont les cellules ont 6 chromosomes. Deux filaments compatibles fusionnent, puis leurs noyaux fusionnent : la cellule obtenue a 12 chromosomes. Elle subit aussitôt deux divisions successives qui donnent 4 cellules à 6 chromosomes. Celles-ci redonnent des filaments par mitoses.
Organisme Y (un insecte). Les cellules du corps ont 10 chromosomes. Dans les glandes génitales, certaines cellules subissent deux divisions successives et forment des cellules à 5 chromosomes, les gamètes. La fusion de deux gamètes donne une cellule à 10 chromosomes qui se développe, par mitoses, en un nouvel individu.
Organisme Z (une plante sans fleurs). La grande plante feuillée a des cellules à 20 chromosomes. Sous ses feuilles, des sacs contiennent des spores à 10 chromosomes, formées après deux divisions successives. Chaque spore germe et forme, par mitoses, une minuscule lame verte (cellules à 10 chromosomes). Celle-ci forme des gamètes par mitoses ; leur fusion donne un œuf à 20 chromosomes, qui se développe en grande plante feuillée.
- Pour chaque organisme, indique les stades haploïdes et les stades diploïdes.
- Place la fécondation et la méiose dans chaque cycle.
- Nomme le type de cycle de chaque organisme.
- Résume ta réponse dans un tableau.
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1.
- X : haploïde = filaments () et les 4 cellules finales ; diploïde = uniquement la cellule à 12 chromosomes (le zygote).
- Y : haploïde = les gamètes () ; diploïde = tout le reste (zygote et individu, ).
- Z : haploïde = les spores, la lame verte (le gamétophyte) et les gamètes () ; diploïde = le zygote et la grande plante feuillée (le sporophyte), à .
2.
- X : la fécondation est la fusion des noyaux ; la méiose suit immédiatement (les deux divisions successives qui donnent 4 cellules à ).
- Y : la méiose a lieu dans les glandes génitales et forme les gamètes ; la fécondation est la fusion des gamètes.
- Z : la méiose a lieu dans les sacs (sporanges) et forme les spores ; la fécondation est la fusion des gamètes portés par la lame verte.
3 et 4.
| Organisme | Phase dominante | Position de la méiose | Type de cycle |
|---|---|---|---|
| X | haplophase (diplophase réduite au zygote) | juste après la fécondation | haplophasique |
| Y | diplophase (haplophase réduite aux gamètes) | formation des gamètes | diplophasique |
| Z | deux générations pluricellulaires ; la grande plante diploïde domine visiblement | formation des spores | haplo-diplophasique |
Exercice 6 : Probabilités chromosomiques chez l'être humain
DifficileOn suppose que les 23 paires de chromosomes homologues se répartissent indépendamment à l'anaphase I et on ignore le crossing-over. Chaque chromosome d'un gamète est donc d'origine maternelle ou paternelle avec la probabilité .
- Un homme a reçu 23 chromosomes de sa mère et 23 de son père. Quelle est la probabilité qu'un de ses spermatozoïdes contienne uniquement les 23 chromosomes d'origine maternelle ?
- Soit le nombre de chromosomes d'origine maternelle dans un spermatozoïde. Quelle loi suit ? Donne son espérance et calcule sachant que .
- Deux enfants d'un même couple naissent à des moments différents (pas de jumeaux vrais). Quelle est la probabilité qu'ils aient reçu exactement le même lot de chromosomes paternels ? Et le même lot paternel et le même lot maternel ?
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1. Les 23 paires se répartissent indépendamment. Pour chaque paire, la probabilité d'avoir le chromosome maternel est . D'où .
2. On répète 23 fois, de façon indépendante, une épreuve à deux issues (chromosome maternel avec la probabilité ) : suit la loi binomiale . Son espérance est . Puis :
Un spermatozoïde contient donc, avec une probabilité d'environ , exactement 11 chromosomes maternels (et autant pour 12, car ).
3. Pour chaque paire, les deux enfants ont reçu le même chromosome paternel avec la probabilité (le second chromosome est le même que le premier ou l'autre, de façon indépendante). Pour les 23 paires : . Pour le lot paternel et le lot maternel, les deux événements sont indépendants : .
Deux frères et sœurs non jumeaux ne sont donc pratiquement jamais génétiquement identiques, même sans tenir compte du crossing-over, qui rend l'événement encore plus improbable.
Exercice 7 : Le crossing-over chez Sordaria
Type BacSordaria est un champignon à cycle haplophasique. Une souche à spores noires (allèle ) est croisée avec une souche à spores claires (allèle ). Le zygote subit la méiose, puis une mitose : l'asque contient 8 spores alignées. Les données ci-dessous sont inventées pour l'exercice.
Document 1 : schéma de principe. Après la méiose, les 4 cellules haploïdes sont rangées dans l'asque dans l'ordre des divisions. Chacune se divise ensuite une fois par mitose : les 8 spores sont donc deux à deux identiques, et on lit l'asque de haut en bas.
Document 2 : résultats de l'observation de 500 asques.
| Disposition des 8 spores (de haut en bas) | Nombre d'asques |
|---|---|
| NNNN nnnn | 208 |
| nnnn NNNN | 202 |
| NN nnnn NN | 17 |
| nn NNNN nn | 19 |
| NN nn NN nn | 29 |
| nn NN nn NN | 25 |
- Explique pourquoi un asque contient 8 spores alors que la méiose forme 4 cellules.
- Interprète les asques « NNNN nnnn » et « nnnn NNNN ».
- Interprète les asques « NN nnnn NN », « nn NNNN nn », « NN nn NN nn » et « nn NN nn NN ».
- Calcule le pourcentage d'asques recombinés et la distance entre le gène et le centromère.
- Que démontrent ces résultats pour le brassage des allèles ?
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1. La méiose forme 4 cellules haploïdes. Chacune subit ensuite une mitose : elle donne 2 spores identiques. On obtient spores, deux à deux identiques et rangées dans l'ordre de leur formation.
2. Ces asques ont 4 spores noires d'un côté et 4 spores claires de l'autre. Les deux allèles se sont séparés dès la division I, c'est-à-dire que les deux chromosomes homologues, l'un portant et l'autre , ont migré à des pôles différents : il n'y a pas eu de crossing-over entre le gène et le centromère. Les deux dispositions (NNNN nnnn ou nnnn NNNN) dépendent de l'orientation du bivalent à la métaphase I.
3. Dans ces asques, les spores noires et claires sont mélangées : et ne se séparent qu'à la division II. Un crossing-over a donc eu lieu en prophase I, entre le gène et le centromère. Il a échangé des segments de chromatides entre les deux homologues. Chaque chromosome possède alors une chromatide et une chromatide : à l'anaphase I, chaque pôle reçoit les deux allèles, et ils ne se séparent qu'à l'anaphase II. Les différentes dispositions (2 : 4 : 2 ou 2 : 2 : 2 : 2) viennent de l'orientation, au hasard, des chromatides de chaque chromosome en métaphase II, dans chacune des deux cellules.
4. Asques recombinés : asques sur , soit .
Dans un asque recombiné, seules 2 des 4 chromatides ont été recombinées : la moitié des spores est recombinée. Distance gène-centromère unités de recombinaison (centimorgans).
5. Les asques de type 2 : 4 : 2 et 2 : 2 : 2 : 2 prouvent l'existence d'un brassage intrachromosomique : les allèles d'un même chromosome sont échangés avec ceux de l'homologue par crossing-over. Dans des asques, ce brassage a eu lieu entre le gène et le centromère.
Exercice 8 : Brassage intrachromosomique et croisement test
Type BacChez une espèce de plante, le gène détermine la couleur de la fleur ( : rouge, dominant ; : blanche) et le gène la forme de la graine ( : longue, dominant ; : ronde). Une plante de lignée pure [rouge, longue] est croisée avec une plante de lignée pure [blanche, ronde] ; toute la F1 est [rouge, longue]. Un individu F1 est croisé avec une plante [blanche, ronde] (croisement test). Les résultats (1 000 descendants, données inventées) sont :
| Phénotype | [rouge, longue] | [blanche, ronde] | [rouge, ronde] | [blanche, longue] |
|---|---|---|---|---|
| Effectif | 438 | 442 | 61 | 59 |
- Quels résultats attendrait-on si les deux gènes étaient sur deux paires de chromosomes différentes ? Compare avec l'expérience.
- Que peux-tu conclure sur la position des deux gènes ? Écris le génotype de l'individu F1 et celui de la plante [blanche, ronde].
- Distingue les phénotypes parentaux des phénotypes recombinés, et calcule le taux de recombinaison.
- Explique l'origine des phénotypes recombinés et précise la proportion des différents gamètes de l'individu F1.
- Dans quel pourcentage des méioses de l'individu F1 y a-t-il eu un crossing-over entre les deux gènes ?
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1. Si les gènes étaient indépendants, l'individu F1 () produirait 4 types de gamètes équiprobables : on attendrait de chaque phénotype, soit 250 descendants de chaque type. L'expérience donne deux effectifs nettement plus élevés (438 et 442) et deux effectifs très faibles (61 et 59) : les résultats ne sont pas ceux attendus.
2. Les gènes sont liés : ils sont portés par la même paire de chromosomes. La plante F1 hérite d'un chromosome portant et (de la lignée rouge, longue) et d'un chromosome portant et . Génotype de la F1 : ; génotype de la plante [blanche, ronde] : . Comme elle ne forme qu'un seul type de gamète , les phénotypes de la descendance reflètent les gamètes de la F1.
3. Phénotypes parentaux (ceux des deux lignées pures parentes) : [rouge, longue] (438) et [blanche, ronde] (442). Phénotypes recombinés : [rouge, ronde] (61) et [blanche, longue] (59).
4. Les phénotypes recombinés viennent de gamètes recombinés, produits par un crossing-over entre les deux gènes, en prophase I de la méiose de la F1, entre chromatides non sœurs du bivalent. Gamètes de la F1 : et (parentaux), environ chacun ; et (recombinés), environ chacun. Vérification : .
5. Chaque méiose avec crossing-over donne 2 gamètes recombinés sur 4, soit la moitié de recombinés. Si est la proportion de méioses avec crossing-over, alors , donc . Environ une méiose sur quatre présente un crossing-over entre les deux gènes.
QCM
Une réponse, puis l'explication : les questions ratées sont gardées dans Mes pièges.
Lancer le quiz du chapitreErreurs fréquentes
- Confondre chromosome et chromatide. Un chromosome a une chromatide avant la réplication et deux après ; après l'anaphase II, il n'en a de nouveau qu'une. Compte toujours les deux.
- Dire que l'anaphase I sépare les chromatides. Elle sépare les chromosomes homologues, qui gardent leurs deux chromatides. Ce sont les chromatides qui se séparent à l'anaphase II.
- Croire qu'il y a une seconde réplication entre les divisions I et II. L'ADN n'est répliqué qu'une seule fois, avant la division I. Voilà pourquoi la quantité d'ADN tombe à .
- Calculer au lieu de pour les gamètes. Le nombre de types de gamètes est , avec le nombre de paires (23 chez l'être humain, pas 46).
- Placer le crossing-over entre chromatides sœurs ou entre chromosomes non homologues. Il se fait entre chromatides non sœurs de chromosomes homologues, en prophase I.
- Annoncer un taux de recombinaison supérieur à . C'est impossible : au maximum la moitié des gamètes est recombinée (gènes indépendants ou très éloignés).
- Confondre type de cycle et position de la méiose. Haplophasique : méiose juste après la fécondation. Diplophasique : méiose aux gamètes. Haplo-diplophasique : méiose aux spores.
- Oublier la fécondation dans la diversité. Les gamètes sont différents grâce au brassage, mais c'est la rencontre au hasard des gamètes qui produit des zygotes tous différents.
À retenir
- La méiose = 2 divisions successives, 1 seule réplication : une cellule à donne 4 cellules à .
- Division I réductionnelle (séparation des homologues), division II équationnelle (séparation des chromatides sœurs).
- ADN d'une cellule diploïde : (phase S) (division I) (division II).
- La fécondation rétablit ; l'alternance méiose - fécondation conserve le nombre de chromosomes de l'espèce.
- Brassage interchromosomique : métaphase I, gamètes possibles (chez l'être humain, ).
- Brassage intrachromosomique : crossing-over en prophase I, entre chromatides non sœurs ; il produit des gamètes recombinés, au plus .
- Taux de recombinaison ; distance gène-centromère chez Sordaria pourcentage d'asques recombinés divisé par 2.
- Cycles : haplophasique (méiose zygotique, ex. Sordaria), diplophasique (méiose gamétique, ex. être humain), haplo-diplophasique (méiose sporique, ex. mousse, fougère).
- Méiose + fécondation au hasard = diversité génétique : chaque individu est unique (sauf jumeaux vrais).
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