Thème 1. La Terre dans l'Univers, la vie et l'évolution du vivant 1A1 Le brassage génétique et sa contribution à la diversité génétiqu

Diversité au sein d’une espèce. Prérequis Une espèce est un ensemble d’individus interféconds. La descendance est fertile; Diversité au sein d’une espèce.

Diversité au sein d’une espèce. Ils partagent le même caryotype, le même génome (exception faite du dimorphisme sexuel).  les mules créées par croisement d'un âne (Equus asinus) avec une jument (Equus caballus) sont stériles. Ane = 62 chromosomes Cheval = 64 chromosomes Mulet = 63 chromosomes Diversité au sein d’une espèce.

TP N°9 : Le brassage interchromosomique

Diversité au sein d’une espèce. La diversité est le résultats de la reproduction sexuée. Chaque individu issu de la reproduction sexuée est unique, original par son génotype. Diversité au sein d’une espèce.

Diversité au sein d’une espèce. Les mécanismes de la reproduction sexuée assurent le brassage des allèles. La méiose assure la formation de gamètes originaux. La répartition aléatoire des homologues en anaphase I en deux lots équiprobables fait que les gamètes ne possèdent pas le même lot de chromosomes. La fécondation assure la formation de cellule œuf originale. La rencontre aléatoire des gamètes permet une combinaison nouvelle de chromosomes. Diversité au sein d’une espèce.

Diversité au sein d’une espèce. Les étapes de la méiose. Les cellules en interphase subissent la réplication 1ère S Les chromosomes en début de méiose sont donc composés de deux chromatides identiques. Diversité au sein d’une espèce.

La méiose 2n ----- 4 cellules à n possédant 50% des chromosomes mais un exemplaire de chaque gène. La fécondation n+n ----- 2n rétablit le caryotype de l’espèce et la diploïdie. Deux exemplaires de chaque gène. A: La méiose et la fécondation permettent le maintien du caryotype et du génome.

Observer: les anthères de Lys sont les gonades mâles: elles produisent en continu les gamètes mâles: les pollens. On y observe donc facilement des cellules en train de faire la méiose.

Diversité au sein d’une espèce. Les étapes de la méiose. La première division de méiose: la division réductionnelle permet le passage d’une cellule diploïde à 2n à deux cellules haploïdes à n chromosomes. Diversité au sein d’une espèce.

Photographie de la coupe transversale d’Anthère de Lys observée au microscope. On identifie facilement l’ANAPHASE I, les paires d’homologues se sont séparées pour migrer vers chaque pôle. Résultats

Diversité au sein d’une espèce. Les étapes de la méiose. Prophase I: Les chromatides s’enroulent et la chromosomes apparaissent formés de deux chromatides. Il s’apparient par paires d’homologues. Diversité au sein d’une espèce.

Diversité au sein d’une espèce. Les étapes de la méiose. Métaphase I: Les paires d’homologues alignent leur centromère sur le plan équatorial Diversité au sein d’une espèce.

Diversité au sein d’une espèce. Les étapes de la méiose. Anaphase I: Les paires d’homologues se séparent et migrent de façon aléatoire vers chaque pôle de la cellule. Diversité au sein d’une espèce.

Diversité au sein d’une espèce. Les étapes de la méiose. Télophase I: Reconstitution des enveloppes, formant deux noyaux haploïdes et division de la cellule en deux cellules filles par cytokinèse. la télophase I est parfois très incomplète et rapide, enchaînant immédiatement la deuxième division de la méiose. Diversité au sein d’une espèce.

Diversité au sein d’une espèce. Les étapes de la méiose. Prophase II brève. L'enveloppe nucléaire disparaît en même temps que le nouveau fuseau se forme. Diversité au sein d’une espèce.

Diversité au sein d’une espèce. Les étapes de la méiose. Métaphase II: Les chromosomes s’alignent sur le plan équatorial. Diversité au sein d’une espèce.

Diversité au sein d’une espèce. Les étapes de la méiose. Anaphase II: Les 2 chromatides se séparent et migrent vers chaque pôle. Diversité au sein d’une espèce.

Diversité au sein d’une espèce. Les étapes de la méiose. Télophase II: cytodiérèse, Diversité au sein d’une espèce.

Diversité au sein d’une espèce. Un cellule diploïde produit quatre cellules haploïdes. Les deux homologues ne portent pas les mêmes allèles. La répartition aléatoire en deux lots, en Anaphase I , produit 2n= cellules filles différentes. Diversité au sein d’une espèce.

Dihybridisme indépendant. Pour montrer les conséquences de la répartition en deux lots équiprobables en anaphase I, on observe la transmission deux gènes hétérozygotes portés par deux paires d’homologues. B: L’Etude de la transmission des allèles permet de montrer le brassage génétique.

Stratégie opérationnelle: Pour mettre en évidence les mécanismes cellulaires à l’origine du brassage inter- chromosomique On observe les phénotypes d’une génération F2, issue du croisement en retour (back cross) d’un double hétérozygote F1. Si la répartition des phénotypes est équiprobable alors les génotypes des gamètes sont bien issus de la répartition aléatoire des homologues pendant la méiose 1. Stratégie opérationnelle:

Un outil biologique particulièrement adapté à la démarche expérimentale La drosophile la plus commune dans les laboratoires est Drosophila melanogaster.

Un outil biologique particulièrement adapté à la démarche expérimentale Des cycles de reproduction courts environ deux semaines à 25 °C; Des effectifs exploitables statistiquement: les femelles pondent environ 400 œufs (embryons) dans des fruits en putréfaction ou dans d'autres matériaux organiques; De nombreuses mutations observables à la loupe.

Un outil biologique particulièrement adapté à la démarche expérimentale De nombreuses mutations observables à la loupe Corps ébène Yeux blancs Ailes vestigiales Photos: http://www.exploratorium.edu

Diversité au sein d’une espèce. On étudie la transmission de deux gènes portés par 2 paires d’homologues. C’est le dihybridisme indépendant. Le gène qui code pour la longueur des ailes, on choisit deux de ces allèles L’allèle sauvage, ailes longues L’allèle mutant, ailes vestigiales . Le gène qui code pour la couleur de l’abdomen: L’allèle sauvage: corps clair L’allèle mutant : corps ébène Diversité au sein d’une espèce.

Phénotype sauvage [vg+; eb+]

Phénotype mutant H1 [vg; eb+] Ailes vestigiales, corps ébène

Phénotype mutant H 2 [vg+; eb]

Dihybridisme indépendant 1er croisement: Les parents P1 et P2 sont de lignée pure, ils sont homozygotes. ♂ P1 [vg+, eb+] X ♀ P2 [vg, eb] Dihybridisme indépendant

Dihybridisme indépendant Résultats: en F1: 100% [P1] c.a.d. [vg+, eb+] Dihybridisme indépendant

Dihybridisme indépendant Analyse des résultats, échiquier de croisement. Puisque les F1 sont tous hétérozygotes, les allèles vg+ et eb+ sont dominants sur vg et eb Génotypes des gamètes de P1 P2 (vg+, eb+) (vg, eb) vg+, eb+ vg, eb ( ) Dihybridisme indépendant

croisement en retour, test-cross ou back-cross ♂ F1 [vg+, eb+] X♀ P2 [vg, eb] gamètes F1 P2 (vg+, eb+) (vg, eb) (vg+, eb) (vg, eb+) vg+, eb+ vg, eb vg+, eb vg, eb+

Résultat du comptage % Totaux Phénotypes Exemples de comptages 11 8 12   corps gris, ailes longues 11 8 12 23 15 13 14 4 136 25,5 corps ébène, ailes vestifgiales 20 9 139 26,0 corps gris, ailes vestigiales 17 10 6 7 129 24,2 corps ébène, ailes longues 5 130 24,3

Interprétation: Dans le BC= F1XP2 Les résultats statistiques du comptage montre une répartition équiprobable entre les 4 phénotypes: les deux parentaux [P1] et [P2] , les deux phénotypes hybrides [vg+, eb] et [vg, eb+] D’après l’échiquier de croisement et puisque les allèles récessifs de P2 n’interfèrent pas avec le phénotype, les 4 gamètes de F1 sont donc équiprobables.

Quel est le lien entre l’équiprobabilité des gamètes de F1 et les mécanismes de la méiose?

Réductionnelle Equationnelle

Le brassage interchromosomique Synthèse: Chez les hétérozygotes, la répartition aléatoire des chromosomes homologues, pendant l’anaphase I de la division réductionnelle de la méiose est aléatoire. Pour n paires d’homologues le nombre de lots de n chromosomes différents est égale à 2n lots équiprobables. Le brassage interchromosomique

On peut également envisager de réaliser un croisement entre deux F1

( ) ( ) ( ) ( ) Echiquier de croisement F1XF1. F1 gamètes F1 (vg+, eb+) (vg, eb) (vg+, eb) (vg, eb+) vg+, eb+ vg, eb vg+, eb vg, eb+ [vg+, eb+] [vg, eb] [vg+, eb] [vg, eb+] ( ) ( ) ( ) ( )

Résultat du comptage F1XF1 Phénotypes %   corps gris, ailes longues 57 corps ébène, ailes vestigiales 6 corps gris, ailes vestigiales 19 corps ébène, ailes longues 18

Interprétation: Dans le F2= F1XF1 Les résultats statistiques du comptage montre une répartition 4 phénotypes: [P1] 9/16 , [P2] 1/16, les deux phénotypes hybrides 3/16 [vg+, eb] et 3/16 [vg, eb+] Ces résultats correspondent aux résultats théoriques si les gamètes de F1 sont équiprobables.

Nouveau problème: Les 2 chromatides d’un homologue sont identiques à la fin de la réplication, fin de l’interphase (voir première). La division équationnelle aboutit ici à des cellules identiques!!! Pour que les cellules haploïdes soient différentes il faut que les chromatides d’un même chromosome soient différentes.