Brassage génétique Montrez comment, chez les organismes à reproduction sexuée, méiose et fécondation contribuent à la fois à la stabilité du génome de l’espèce et à la diversité des génomes individuels. Chaque étape essentielle sera illustrée par un schéma. Votre réponse, structurée, se limitera au cas d’une cellule 2n = 4 chromosomes et deux gènes a et b portés par des chromosomes différents, l’un des parents possédant les couples d’allèles a1, a2 et b1, b2, l’autre parent les couples d’allèles a3, a4 et b3, b4. NB : le brassage intrachromosomique n’est pas attendu. Le sujet sera structuré avec une introduction, un plan en plusieurs parties et une conclusion. Des schémas sont attendus. Analyse détaillée de l'énoncé : il apparaît clairement à la lecture de l’énoncé que les notions importantes à développer sont stabilité et variabilité du génome. Il est précisé que chacun des mécanismes intervenant (méiose et fécondation) sont à chaque fois impliqués dans l’un et l’autre de ces phénomènes. Il est également bien précisé que le brassage intrachromosomique est exclu de l’étude (donc pas de crossing-over : de toute façon, les conventions imposées ne permettaient pas vraiment d’en montrer l’importance). Pour le brassage interchromosomique, il faut se rappeler que celui-ci se déroule lors de la méiose au cours de la formation des gamètes des parents. Il est donc absolument impossible de mélanger des allèles a1 et a3 ou b2 et b4 (par exemple) à l’intérieur d’une même cellule parentale. Une telle combinaison allélique ne pouvant se retrouver que chez la descendance.

Enfin, ne pas oublier qu’en début de méiose, les chromosomes possèdent deux chromatides strictement identiques (car la deuxième chromatide provient de la duplication de la première), il ne faut donc pas placer deux allèles différents sur ces deux chromatides. En conséquence, on pourra adopter un plan en deux parties : I. Maintien du nombre de chromosomes A. Rôle de la méiose (diminution de la ploïdie) B. Rôle de la fécondation (rétablissement de la ploïdie) II. Diversification du génome A. Brassage interchromosomique en méiose B. Augmentation du brassage en fécondation

Sujet Méiose et fécondation

Introduction : Les organismes à reproduction sexués sont caractérisés par une

alternance entre une phase diploïde (la majeure partie de leur cycle de développement) et

d’une phase haploïde (limitée aux gamètes). Chaque espèce possédant un caryotype déterminé,

il faut pouvoir assurer, par l’intermédiaire de la méiose et de la fécondation, le maintien du

nombre de chromosomes typique de l’espèce.

Par contre, au niveau individuel, on constate que les génomes présentent une infinité de

combinaisons alléliques entraînant l’unicité des individus de l’espèce. Cette diversité est la

conséquence des brassages génétiques qui interviennent lors de la méiose et de la

fécondation. Au cours de la méiose, les brassages intra et interchromosomiques aboutissent à

la formation de gamètes variés tandis que la fécondation assure un brassage supplémentaire

des allèles portés par ces gamètes.

IMPT : le brassage intrachromosomique ne sera pas étudié.

La première partie du devoir traitera du rôle de la méiose et de la fécondation dans le

maintien de la stabilité de l’espèce puis la seconde partie montrera leur rôle dans la diversité

des individus.

I. Le maintien du nombre de chromosomes caractéristique de

l’espèce

A. La méiose assure la réduction du nombre de chromosomes

Chez les espèces à reproduction sexuée, la méiose permet de produire des gamètes

haploïdes à partir de cellules diploïdes. Fondamentalement, la méiose est une succession de deux divisions cellulaires (une première

division réductionnelle –2n n- et une deuxième division équationnelle –n n-).

La première étape de la prophase consiste en une individualisation des chromosomes par

condensation de ces filaments d'ADN. Après cette étape, on observe un appariement des

chromosomes homologues suivi d'un enchevêtrement des chromatides. Ces chromosomes

forment des tétrades. Au cours de cette phase vont se produire des échanges de portions de

chromatides aboutissant à un mélange de l'information génétique des deux parents. Les paires

de chromosomes homologues viennent se ranger sur la plaque équatoriale au cours de la

métaphase. En anaphase, il y a séparation des chromosomes en deux lots identiques de

chromosomes à deux chromatides. Dans chaque lot formé, on trouve aussi bien des

chromosomes paternels que des chromosomes maternels. Chaque lot de chromosomes migre

vers un des pôles de la cellule.

On aboutit donc à la formation de deux cellules à n chromosomes ayant chacun deux

chromatides.

La deuxième division de méiose est essentiellement marquée par l’anaphase II qui est

caractérisée par la séparation des 2 chromatides de chaque chromosome. Les chromatides

migrent à nouveau aux pôles opposés des cellules. Le bilan final de la méiose est donc la

formation de 4 cellules à n chromosomes avec chacun une seule chromatide.

Schémas à faire impérativement : PI avec les chrs appariés, MI, AI, AII, TII

B. La fécondation permet de rétablir la ploïdie des cellules La fécondation correspond à l’union de deux gamètes mâle et femelle. Dans les minutes qui

suivent l’entrée du spermatozoïde dans l’ovocyte, celui-ci termine sa méiose. Les noyaux des

deux cellules se transforment en pronucléus (par décondensation du matériel génétique) qui

vont fusionner : c’est la caryogamie. On obtient alors une nouvelle cellule diploïde qui est la

cellule œuf.

Au cours de cette caryogamie, les paires de chromosomes qui se reforment contiennent

chacune un chromosome paternel et un chromosome maternel.

Schéma de la fécondation

II. La diversification des génomes individuels

A. La méiose permet de diversifier les gamètes produits par

brassage allélique

Au cours de la méiose, deux types de brassages peuvent se produire : un brassage

intrachromosomique qui se déroule en prophase I et un brassage interchromosomique qui se

déroule en anaphase I

D’après les conditions imposées par le sujet, seul le brassage interchromosomique sera traité.

Au cours de la métaphase I, les paires de chromosomes homologues s’alignent sur le plan

équatorial mais pour chaque paire de chromosomes, le chromosome paternel par exemple peut

se trouver d’un côté ou de l’autre du plan. Au cours de l’anaphase, il y a donc répartition

aléatoire des chromosomes paternels et maternels qui va se traduire par l’apparition au sein

des gamètes produits de combinaisons alléliques qui n’existent pas chez l’individu concerné.

Noyau de la

cellule œuf

(2n chrs à 2

chds chacun)

cellule œuf

diploïde

Spermatozoïde

haploïde

ovocyte

haploïde

caryogamie

Dans l’exemple étudié, on étudie la production des gamètes par un individu de génotype a1

a2 b1

b2.

a1 a1

b1 b1

a2 a2

b2 b2

a1 a1

b1 b1

a2 a2

b2 b2

a1 a1

b1 b1

a2 a2

b2 b2

a1

a1

b1

b1

a2

a2

b2

b2

a1

a1

b1

b1

a2

a2

b2

b2

a1 b1 a2 b2

a2 b2 a1 b1

a1 b2

a1 b2

b1 a2

a2 b1

Cellule 2n en début de

prophase I de méiose

deux possibilités de

répartition des chrs

en métaphase I et

donc en anaphase I

séparation des chrs

en anaphase I

séparation des chds

de chaque chr en

anaphase II

4 types de gamètes

équiprobables obtenus

à l’issue de la méiose

4 types de gamètes sont produits : (a1 b1), (a2 b2), (a1 b2), (a2, b1)

L’individu a3

a4 b3

b4 aurait quant à lui produit des gamètes (a3 b3), (a3 b4), (a4 b3), (a4, b4)

B. La fécondation amplifie le brassage génétique

Lors d’un croisement entre deux individus de génotypes a1

a2 b1

b2 et

a3

a4 b3

b4 un gamète va être

sélectionné au hasard chez chacun des parents ce qui va conduire à nouveau à l’apparition,

dans la cellule œuf, de nouvelles combinaisons alléliques qu’il serait impossible de trouver chez

les parents. Les différentes possibilités figurent dans le tableau ci-dessous :

a1 b1 a1 b2 a2 b1 a2 b2

a3 b3 a1

a3

b1

b3

a1

a3

b2

b3

a2

a3

b1

b3

a2

a3

b2

b3

a3 b4 a1

a3

b1

b4

a1

a3

b2

b4

a2

a3

b1

b4

a2

a3

b2

b4

a4 b3 a1

a4

b1

b3

a1

a4

b2

b3

a2

a4

b1

b3

a2

a4

b2

b3

a4 b4 a1

a4

b1

b4

a1

a4

b2

b4

a2

a4

b1

b4

a2

a4

b2

b4

Conclusion :

Au cours du cycle de développement d’un individu, la méiose permet de produire des gamètes

haploïdes à partir de cellules mères diploïdes tandis que la fécondation permet de rétablir la

diploïdie caractéristique des espèces à reproduction sexuée. Chacun de ces mécanismes

permet aussi d’assurer l’unicité génétique des individus de l’espèce en provoquant un brassage

des allèles. Ce brassage intervient en méiose lors de la production des gamètes puis lors de la

fécondation lors de la sélection au hasard de deux de ces gamètes. Donc, grâce à ces

mécanismes, les caractéristiques de l’espèce sont maintenues constantes alors que chaque

individu est unique.