Stage - SVT – Février 2010

STABILITÉ ET VARIABILITÉ DES GÉNOMES ET ÉVOLUTION

Exercice 1 : Chez les espèces à reproduction sexuée, méiose et fécondation permettent la stabilité des génomes mais aussi une variabilité génétique des individus.

À partir des informations extraites des documents, mises en relation avec vos connaissances, expliquez comment la méiose peut être source de var iabilité génétique.

Document 1 : Deux croisements chez la drosophile

Document 2 : Une des paires de chromosomes observée en première division de méiose

Correction et barème

Analyse du sujet :

Dans ce sujet, on doit montrer que la méiose est source de variabilité génétique c'est-à-dire que les gamètes formés à l’issue de la méiose pourront être différents.

Pour répondre à cette question théorique, nous allons considérer une situation concrète présentée dans les documents.

Informations tirées des documents :

Premier document : on réalise un premier croisement entre deux drosophiles homozygotes au corps gris et avec des ailes normales d’un côté et un corps noir et ailes vestigiales de l’autre.

Nous pouvons constater la présence de 2 caractères phénotypiques ( couleur du corps et longueur des ailes ) ,on peut supposer que chaque caractère est gouverné par un seul gène.

Nous constatons que la descendance est homogène : 100% de drosophiles au corps gris et aux ailes normales donc les caractères phénotypiques corps gris et ailes normales sont dominants par rapport aux caractères corps noir et ailes vestigiales. ( 0,5)La descendance est constituée de drosophiles hétérozygotes puisque leurs parents étaient homozygotes.

Dans le deuxième croisement : on croise les drosophiles ( f1) avec des drosophiles au phénotype récessif, on réalise alors un test –cross ( 0,5),ce qui permettra de déterminer le nombre de type de gamètes produit par les drosophiles ( F1) , nous constatons qu’il y a 4 phénotypes à la descendance dans des proportions différentes de 25%.Comme nous avons considérer l’existence de 2 gènes gouvernant respectivement chaque caractère du phénotype , deux hypothèses ( 0,5 ) sont possibles afin de localiser ces 2 gènes :

a) ils peuvent être indépendants

b) ils peuvent être liés

Les proportions de la descendance d’un test-cross permettra de choisir une des 2 hypothèses ;Si les résultats du test-cross sont 4 phénotypes dans les proportions de 25% alors les 2 gènes sont indépendants et si les résultats sont 4 phénotypes dans des proportions différentes de 25 % alors les 2 gènes sont liés. ( 0,5) or nous avons constaté que c’était la deuxième hypothèse qui était vérifiée donc les 2 gènes sont liés.

Document 2 : nous pouvons constater une paire de chromosomes qui forment des figures de chiasma c'est-à-dire des zones où les chromatides des chromosomes se croisent et peuvent à cette occasion échanger des portions de chromatide. Il se produit alors un brassage intrachromosomique.( 0,5)

Synthèse : En considérant 2 gènes liés et la possibilité de brassage intrachromosomique survenant pendant la méiose,comment cette dernière peut-elle donner naissance à une diversité génétique des gamètes ?

Dans le deuxième croisement qui est un test-cross, nous avons constaté que la descendance comportait 4 phénotypes différents ce qui veut dire que les drosophiles F1( êtres hétérozygotes) ont produit 4 types de gamètes différents alors que les drosophiles aux corps noirs et ailes vestigiales n’en produisent qu’un seul type étant donné que ce sont des êtres homozygotes.

Génotype des F1 hétérozygotes : ( G N // g n ) ( 0,5)

Génotype des homozygotes récessifs : ( g n // g n)

Comment les F1 vont produire des gamètes différents ?

Les gamètes se forment au cours de la méiose qui comprend 2 divisions cellulaires successives. Lors de la prophase de la première division méiotique, les chromosomes peuvent s’entremêler et échanger une ou plusieurs portions de chromatide, il se produit un brassage intrachromosomique ;

Schéma du brassage intrachromosomique : (1)

Ecriture des 4 génotypes des gamètes ( 0,5) :

( G N / ) ( g n/) gamètes non recombinés

( G n / ) ( g N/ ) gamètes recombinés

Sans le brassage intrachromosomique chez les F1, il y aurait eu 2 types de gamètes :

( G N / ) ( g n/) dans des proportions de 50%

Chez l’être homozygote un seul type de gamète possible ( g n /)

Ainsi la méiose peut être source de diversité génétique des gamètes à condition de considérer des êtres hétérozygotes pour chaque gène et les brassages intrachromosomiques qui vont distribuer différemment les allèles parentaux dans les gamètes. Ainsi lors de la fécondation où les gamètes se rencontrent de façon aléatoire, les gamètes recombinés pourront donner naissance à des êtres au génotype différent des parents, ce qui conduit à une diversité génétique de la descendance. ( 0,5)

.Exercice 2 Certaines souches de trèfle sont riches en cyanure et d’autres en contiennent très peu. Un expérimentateur dispose de variétés homozygotes de trèfle dont les concentrations en cyanure sont faibles. Il effectue des croisements entre ces variétés. A partir des informations extraites des trois docum ents, mises en relation avec vos connaissances, montrez que méiose et fécondation pe rmettent d’expliquer les proportions de trèfles riches en cyanure dans les croisements 1 et 2.

Document 1 : la voie de synthèse du cyanure et son contrôle

Le cyanure est produit dans les cellules de trèfle à partir d’une molécule initiale (précurseur P), grâce à l’action successive de deux enzymes EA et EB. La synthèse des deux enzymes est contrôlée par deux gènes A et B.

La production de cyanure est importante seulement si les cellules de trèfle possèdent à la fois les deux enzymes actives EA et EB ; sinon, la production est faible.

Le gène A présente deux allèles : - a + code pour une enzyme fonctionnelle, - a code pour une enzyme non fonctionnelle.

L’allèle a + est dominant sur l’allèle a.

Le gène B présente deux allèles : - b + code pour une enzyme

fonctionnelle, - b code pour une enzyme non fonctionnelle.

L’allèle b + est dominant sur l’allèle b.

Les deux gènes A et B ne sont pas sur le même chromosome.

Document 2 : Les variétés X et Y sont toutes deux homozygotes pour les gènes A et B : elles produisent une faible quantité de cyanure. La variété X est homozygote pour les allèles a+ et b. La variété Y est homozygote pour les allèles a et b+. On effectue le croisement 1 entre ces deux variétés pour obtenir une génération F1.

Document 3 : La variété Z, qui produit également une faible quantité de cyanure, est homozygote pour les deux allèles récessifs. On effectue le croisement 2 entre la variété Z et la génération F1 (croisement test).

correction et barème

Faits Conclusion-interprétation Document 1 : nous constatons que pour que le trèfle synthétise beaucoup de cyanure il faut l’action simultanée de deux enzymes EA et EB sous le contrôle de deux gènes A et B qui existent sous la forme de deux allèles.

donc : la présence des deux allèles dominants a+ et b+ est responsable de la richesse en cyanure ; la présence d’un des deux allèles dominants a+ avec b ou a avec b+ est responsable de la pauvreté en cyanure .

0,5

Document2 :1er croisement : Comme il est précisé que les parents du croisement sont homozygotes et que les deux gènes sont indépendants b+)

0,5

On peut en déduire le génotype des parents homozygotes = (a+ // a+ , b // b) X (a // a , b+ // b+) Ils ne fabriquent donc qu’un seul type de gamètes au cours de la méiose : (a+ / , b /) et (a / , b+ /)

Au moment de la fécondation il se formera donc une cellule-œuf F1 de génotype (a+ //a , b // b+)

On sait que a+ et b+ sont des allèles dominants, on en déduit donc que tous les F1 seront riches en cyanure, ce qui est le cas .

0,5

0,5

Document3 : Il est noté que le croisement 2 est un test cross entre un F1 et un double récessif qui ne fabrique donc qu’un seul type de gamètes au cours de la méiose : (a / , b /)

Quels sont les gamètes fabriqués par l’hybride F1 au cours de la méiose ? voir schémas avec définition de brassage interchromosomique : disposition aléatoire des paires de chromosomes homologues de part et d’autre du plan équatorial de la cellule en métaphase I .

Schémas méiose

Au moment de la fécondation il pourra se former les cellules-œufs suivantes notées dans l’échiquier de croisement :

0,5

1

1

Gamètes des F1 et

du double récessif

(a+ / , b+ /)

(25%)

(a+ / , b /)

(25%)

(a / , b+ /)

(25%)

(a / , b /)

(25%)

(a / , b/) (100%) (a+ //a , b+//b) (a+//a , b//b) (a//a , b+//b) (a//a , b//b)

Les gènes étant indépendants, les phénotypes des cellules-oeufs obtenus sont dans des proportions identiques: 4 X 25 % mais du fait de la dominance des allèles a+ et b+ sur les allèles a et b, seulement 25 % des plants seront riches en cyanure et 75 % seront pauvres en cyanure , ce qui est le cas puisque l’on trouve 25.4 % et 74.6 % . (0.5)

Schémas de la méiose des cellules germinales des individus F1

deux distributions possibles pour les chromosomes h omologues en raison du brassage interchromosomique

4 types de gamètes dans des proportions de 25%