Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05)

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1 Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05)
Chapitre 13, Campbell, 3 e édition Bernadette Féry Automne 2007 LES BULBILLES DES LYS PERMETTENT LEUR REPRODUCTION ASEXUÉE PS : les no réfèrent au guide de lecture du cours 4.

2 INTRODUCTION Définitions : hérédité et génétique Hérédité
Transmission des caractères héréditaires (taches de rousseur, couleur des yeux...) d'une génération à la suivante. Génétique Science qui étudie l'hérédité et la variation chez les individus.

3 CONCEPT 13.1 Les gènes des parents sont transmis à leurs enfants par l'intermédiaire des chromosomes 17, 18, 19 et 20. On ressemble à nos parents parce qu’on reçoit leurs gènes via les gamètes. Les gènes programment nos cellules afin qu'elles synthétisent les protéines dont l'effet cumulatif produit les caractères «héréditaires» de l’organisme. Chaque gène occupe un locus sur un chromosome, un lieu.

4 CONCEPT 13.1 Deux parents Un parent 22. Reproduction asexuée et sexuée
Les gènes des parents sont transmis à leurs enfants par l'intermédiaire des chromosomes 22. Reproduction asexuée et sexuée La reproduction est l'apparition de nouveaux individus à partir des anciens : selon le mode asexué ou sexué. Un parent Deux parents

5 CONCEPT 13.1 Caractéristiques de la reproduction asexuée
Les gènes des parents sont transmis à leurs enfants par l'intermédiaire des chromosomes Caractéristiques de la reproduction asexuée Un parent qui produit un ou plusieurs double(s) de lui-même. Production de clones : descendants génétiquement identiques au parent. Grâce à la mitose des eucaryotes ou à la scissiparité des procaryotes.

6 Bourgeonnement de l'hydre (un animal) — mitose Des exemples !
Campbell : 250 (2eéd.) — Figure 13.1 Scissiparité de la bactérie Bacilles courts d'Escherichia coli (ø = 1 µm) Reproduction de l’Amibe (un protozoaire appartenant au règne des protistes) — mitose Campbell : 230 (2eéd.) — Figure 12.1 Campbell : 223 (1eéd. Française) — Figure 11.3 Campbell : 240 (2eéd. Française) — Figure 12.10

7 CONCEPT 13.1 Caractéristiques de la reproduction sexuée
Les gènes des parents sont transmis à leurs enfants par l'intermédiaire des chromosomes Caractéristiques de la reproduction sexuée Deux parents produisent des gamètes qui se fécondent. Les descendants sont différents «génétiquement» de leurs parents puisque issus du mélange des gènes parentaux. Grâce à la méiose (eucaryotes seulement).

8 CONCEPT 13.2 23. Cycle de développement
La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée 23. Cycle de développement Vie d’un organisme (de sa conception jusqu’à la production de ses descendants.) 24. Nombre de chromosomes dans une cellule somatique  46

9 CONCEPT 13.2 25. Chromosome métaphasique — caractéristiques
La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée 25. Chromosome métaphasique — caractéristiques Une certaine forme spécifique : grosseur, largeur. Une position définie du centromère. Un patron spécifique de bandes de coloration (si on ajoute des colorants) Campbell (3eéd.) — Figure 13.3 : 257

10 CONCEPT 13.2 26. Caryotype et chromosomes homologues
La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée 26. Caryotype et chromosomes homologues Chromosomes homologues Les deux chromosomes d'une paire. Chromosomes semblables (même longueur, même forme, même position du centromère, mêmes bandes colorées). Campbell (3eéd.) — Figure 13.3 : 257

11 CONCEPT 13.2 26. Caryotype et chromosomes homologues
La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée 26. Caryotype et chromosomes homologues Caryotype Présentation ordonnée des chromosomes métaphasiques. Regroupement des «homologues». Classés en paires chez les humains et les autres animaux (diploïdie). Chez les végétaux, il n'est pas rare d'avoir des caryotypes montrant trois homologues (triploïdie) ou quatre homologues (tétraploïdie). Figure 13.3

12 CONCEPT 13.2 La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée Chromatides soeurs et chromatides non soeurs ou homologues Chromatides non soeurs Chromatides des chromosomes d'une paire homologue. Portent, aux mêmes locus , des gènes qui déterminent les mêmes caractères. Ces gènes peuvent être identiques ou non. Chromatides soeurs Chromatides d'un même chromosome. Identiques génétiquement. Yeux Bleus Bleus Cheveux Lisses Frisés

13 CONCEPT 13.2 La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée Une exception à la règle des homologues : la paire sexuelle est partiellement homologue chez les mâles Paire sexuelle XX (complètement homologue) Paire sexuelle XY (partiellement homologue) Régions homologues Régions différentes Animaux femelles Animaux mâles Les portions non homologues de la paire XY expliquent les différences sexuelles entre les hommes et les femmes.

14 CONCEPT 13.2 La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée Un caryotype humain « normal » possède 23 paires de chromosomes homologues au total. 1 paire de chromosomes homologues «sexuels» : les hétérosomes ou hétérochromosomes Différente chez les deux sexes. Dénommée à l’aide de lettres : XX ou XY Correspond à la 23e paire. 22 paires de chromosomes homologues : les autosomes Identiques chez les deux sexes. Dénommées à l’aide de numéros : paire 1 -1', paire 2 - 2’ ….

15 CONCEPT 13.2 La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée Les petites portions homologues des chromosomes X et Y portent les mêmes types de gènes chez les hommes et chez les femmes. Il n’y a pas de différence dans l'expression des caractères déterminés par ces gènes. Les grandes portions différentes des chromosomes X et Y ne portent pas les mêmes types de gènes chez les hommes et chez les femmes. Il y a une différence dans l'expression des caractères déterminés par ces gènes selon le sexe.

16 CONCEPT 13.2 La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée Le chromosome X porte des gènes qui ne seront jamais présents sur le chromosome Y. Exemples de gènes portés uniquement par X Gène du daltonisme. Gène de l'hémophilie. Le chromosome Y porte des gènes qui ne seront jamais présents sur le chromosome X ; une femme ne peut porter ces gènes car elle n'a pas de chromosome Y. Exemples de gènes portés uniquement par Y Gène du syndrome de l'homme couvert de longs poils. Gène de l'homme ayant une peau craquelée et écailleuse.

17 CONCEPT 13.2 La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée Cette personne possède combien d’autosomes ? 45 2 Cette personne possède combien d’hétérosomes ? Les individus souffrant du syndrome de Down ont 3 chromosomes 21 Campbell : 303 (2eéd.) Figure 15.14

18 CONCEPT 13.2 La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée 29. Nos paires de chromosomes découlent de notre origine sexuée. + = Spermatozoïde = 23 chr. Ovule = 23 chr. Zygote = 46 chr.

19 = + CONCEPT 13.2 30. Nombre haploïde (N) et nombre diploïde (2N)
La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée 30. Nombre haploïde (N) et nombre diploïde (2N) + = Gamètes (cellules reproductrices) Cellules haploïdes Contiennent un seul jeu de chromosomes Le lot haploïde est de 23 chromosomes (n = 23) Zygote et toutes les cellules somatiques qui en découlent. Cellules diploïdes Contiennent deux jeux de chromosomes Le lot diploïde est de 46 chromosomes (2n = 46) 22 autosomes 44 autosomes 1 hétérosome X chez les femelles X ou Y chez les mâles 2 hétérosomes XX chez les femelles XY chez les mâles

20 CONCEPT 13.2 La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée Campbell (2eéd.) — Figure 15.8 : 297

21 CONCEPT 13.2 31. Cycles de développement sexué
La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée 31. Cycles de développement sexué Se caractérisent par une alternance entre la phase diploïde (issue de la fécondation des gamètes) et la phase haploïde (issue de la méiose) Trois types de cycles sexués selon la durée des deux phases Diplonte : Animaux Haplonte : Algues et Mycètes Diplo-haplonte : Végétaux

22 CONCEPT 13.2 Cycle diplonte
La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée Cycle diplonte Organismes multicellulaires diploïdes ; la période haploïde est réduite aux gamètes. La méiose produit des gamètes qui se fécondent ou meurent. Le zygote diploïde issu de la fécondation se divise ensuite par mitose et produit l'organisme multicellulaire diploïde. Campbell (3eéd.) — Figure 13.6 : 260

23 Cycle diplonte de l’humain
Campbell (3eéd.) — Figure 13.5 : 259

24 CONCEPT 13.2 Cycle haplonte
La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée Cycle haplonte Organismes multicellulaires haploïdes ; la période diploïde est réduite au zygote. Quand les conditions sont bonnes, l’organisme se reproduit de façon asexuée, par mitose. Mais lorsque les conditions deviennent difficiles, à la mauvaise saison, la reproduction sexuée entre en jeu. Deux organismes haploïdes fusionnent alors ensemble et forment un zygote diploïde résistant qui passe l’hiver. Dès que les conditions le permettent, le zygote se divise par méiose en cellules haploïdes qui formeront les adultes haploïdes. Campbell (3eéd.) — Figure 13.6 : 260

25 Cycle haplonte d’une algue unicellulaire : Chlamydomonas
Campbell (3eéd.) — Figure : 616

26 CONCEPT 13.2 Cycle haplo-diplonte ou diplo-haplonte
La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée Cycle haplo-diplonte ou diplo-haplonte Deux organismes multicellulaires se reproduisent alternativement —alternance des générations haploïde et diploïde Génération du sporophyte (organisme diploïde) La génération du sporophyte engendre la génération du gamétophyte comme descendant, via la méiose et les spores haploïdes qui en sont issues. Génération du gamétophyte (organisme haploïde) La génération du gamétophyte engendre la génération suivante du sporophyte, via les gamètes qui se fécondent. Campbell (3eéd.) — Figure 13.6 : 260

27 Cycle diplo-haplonte de la fougère
Mitose et développement Prothalle Gamétophyte (n) Mitose et développement Fougère Sporophyte (2n) Campbell : 633 (3eéd.) — Figure 29.12

28 CONCEPT 13.2 La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée 32. Les cycles sexués créent de la variation génétique chez les descendants La méiose introduit de la variabilité génétique chez les descendants car ceux-ci sont issus du réassemblage du demi lot génétique de deux parents.

29 CONCEPT 13.3 Préparation de la cellule pour la division (par méiose)
La méiose est la réduction de moitié du nombre de jeux de chromosomes et le passage du stade diploïde au stade haploïde Préparation de la cellule pour la division (par méiose) Il y a réplication des chromosomes en phase S de l'interphase ainsi que réplication du centrosome et de ses centrioles tout au long de l'interphase. 34. Méiose (définition) Deux divisions cellulaires consécutives appelées méiose I et méiose qui produisent quatre cellules ayant, chacune, la moitié des chromosomes de la cellule mère.

30 CONCEPT 13.3 La méiose est la réduction de moitié du nombre de jeux de chromosomes et le passage du stade diploïde au stade haploïde 35. La répartition des chromosomes homologues au cours de la méiose Méiose I (division réductionnelle) 2n répliqué —> n répliqué Les deux chromosomes homologues de chaque paire se séparent. Produit deux cellules haploïdes n’ayant qu'un jeu de chromosomes doubles ou répliqués. Méiose II (division équationnelle) n répliqué —> n simple Les chromatides soeurs se séparent. Produit quatre cellules haploïdes n’ayant qu'un jeu de chromosomes simples ou non répliqués. Il y a maintenant quatre cellules haploïdes en remplacement de la cellule de départ diploïde. Les quatre cellules reproductrices sont des gamètes chez les animaux ou des spores chez les végétaux. Campbell : 261(3eéd.) — Figure 13.7

31 CONCEPT 13.3 36. Les phases de la méiose Lys (U. Wisconsin)
La méiose est la réduction de moitié du nombre de jeux de chromosomes et le passage du stade diploïde au stade haploïde 36. Les phases de la méiose AVANT LA MÉIOSE , À LA FIN DE L’INTERPHASE Durant l’interphase, le centrosome, les centrioles et les chromosomes se répliquent. Le matériel génétique apparaît sous forme de chromatine même lorsque les chromosomes se sont répliqués en chromatides soeurs. Lys (U. Wisconsin) Campbell (2eéd.) — Figure 13.7 : 256

32 Méiose I : prophase I — métaphase I — anaphase I — télophase I
Le fuseau de division s’installe, la membrane nucléaire et les nucléoles se dissolvent et les chromosomes se condensent. Les paires homologues se reconnaissent et s'apparient (assemblage par paires). Un ou plusieurs enjambements se produisent (échanges de gènes entre les chromatides non soeurs). À la fin de la prophase, les microtubules du fuseau s'attachent à chaque homologue. Campbell (2eéd.) — Figure 13.7 : 256 Lys (U. Wisconsin)

33 Méiose I : prophase I — métaphase I — anaphase I — télophase I
Les paires (sous forme de tétrades de chromatides) s'alignent à la plaque équatoriale. Les chromatides sont retenues ensemble par des points de croisement où les enjambements ont eu lieu : les chiasmas. Campbell (2eéd.) — Figure 13.7 : 256 Le hasard détermine lequel des homologues se place d’un côté ou l’autre de la plaque. Lys (U. Wisconsin)

34 Méiose I : prophase I — métaphase I — anaphase I — télophase I
Les paires se séparent et chaque homologue migre vers son pôle. À la fin de l'anaphase, chaque extrémité possède un nombre haploïde de chromosomes mais ceux-ci sont encore à l’état répliqué. Campbell (2eéd.) — Figure 13.7 : 256 Lys (U. Wisconsin)

35 Méiose I : prophase I — métaphase I — anaphase I — télophase I
CYTOCINÈSE Chaque extrémité de la cellule en division possède maintenant un nombre haploïde de chromosomes (n) mais ceux-ci sont encore à l’état double. Lorsque la cytocinèse se produit, elle procède comme pour la mitose : un sillon de division (cellules animales) et une plaque cellulaire (cellules végétales). Campbell (2eéd.) — Figure 13.7 : 256 Lys (U. Wisconsin)

36 Méiose II : prophase II — métaphase II — anaphase II — télophase II
Intercinèse chez certaines espèces Pas de réplication d'ADN, du centrosome et des centrioles durant cette période. Le fuseau de division se forme. Les fibres du fuseau s'accrochent aux kinétochores des chromatides. Les fibres alignent les chromatides à la plaque équatoriale. Les chromatides se séparent en chromosomes individuels et migrent vers les pôles opposés. La cellule s'allonge grâce aux fibres polaires du fuseau. Les noyaux se reforment. La cytocinèse sépare les cytoplasmes des deux cellules produisant quatre cellules filles.

37 CONCEPT 13.4 L'évolution résulte de la variation génétique qui prend sa source dans la reproduction sexuée 37. La source première de la diversité génétique est la mutation car elle produit les nouveaux gènes. 38. La diversité génétique résulte essentiellement d'une redistribution des gènes selon des combinaisons propre à chaque individu de l'espèce grâce à trois processus : Les enjambements (en prophase 1) Les assortiments indépendants (en métaphase 1) La fécondation aléatoire des gamètes

38 Maternel Paternel CONCEPT 13.4 L'évolution résulte de la variation génétique qui prend sa source dans la reproduction sexuée En prophase 1, les enjambements mélangent les gènes parentaux Les homologues (paternel et maternel) s'apparient (synapse), se croisent (chiasma), se cassent puis échangent des gènes ; c‘est une recombinaison. Phénomène qui produit des chromosomes légèrement différents des chromosomes parentaux. Campbell (3eéd.) — Figure : 266

39 CONCEPT 13.4 Maternel Paternel
L'évolution résulte de la variation génétique qui prend sa source dans la reproduction sexuée Maternel Paternel En métaphase 1, les assortiments indépendants mélangent les chromosomes parentaux Campbell (3eéd.) — Figure : 265 Les paires homologues se disposent de façon aléatoire de part et d’autre de la plaque équatoriale et ce, de façon indépendante des autres paires. Ainsi, l’un ou l’autre des deux homologues peut se retrouver dans un gamète. Une disposition des chromosomes = un assortiment indépendant = une méiose. Un assortiment indépendant produit deux types de gamètes : 2 gamètes d'un type, par exemple combinaison no 1, et, 2 gamètes d'un autre type, par exemple, combinaison no 2. Nombre possible d’assortiments indépendants = 2n-1 Nombre possible de gamètes de type différent, issus de tous les assortiments = 2n n = nombre haploïde de l’espèce

40 CONCEPT 13.4 L'évolution résulte de la variation génétique qui prend sa source dans la reproduction sexuée La nature aléatoire de la fécondation ajoute à la variation génétique qui découle de la reproduction sexuée La fécondation des gamètes se fait au hasard et chaque gamète a théoriquement la même chance d'être fécondé. Exemple d'un couple humain Chaque gamète représente une seule des huit millions de combinaisons chromosomiques possibles en raison des assortiments indépendants durant la méose (2n gamètes = 223 = environ 8 millions). La fusion d'un gamète mâle avec un gamète femelle produit un zygote qui possède une seule combinaison chromosomique diploïde sur une possibilité de 64 billions (8 millions x 8 millions). Chaque enfant représente une combinaison parmi 64 billions possibles ! Si l'on ajoute les gamètes différents produits à la suite des enjambements, il y a beaucoup plus de combinaisons possibles. Chaque être est unique !

41 CONCEPT 13.4 L'évolution résulte de la variation génétique qui prend sa source dans la reproduction sexuée 40. La variation génétique est favorable à l'évolution des espèces. L’étude de la reproduction asexuée et sexuée permet de mettre cette notion en évidence. Lors de la reproduction asexuée, les individus sont des clones des parents. La mitose assure la production rapide de nombreux individus qui ont tous les mêmes gènes les rendant aptes à survivre dans le milieu tant que celui-ci est favorable. Cependant si ce dernier se modifie et qu’aucun individu ne possède les gènes nécessaires pour faire face au changement, tous vont mourir. La reproduction asexuée n’est donc pas favorable à l’évolution de l’espèce mais elle présente tout de même les avantages d’être rapide et productive. Elle perpétue les individus lorsque le milieu est favorable et constant (par exemple le milieu durant la saison estivale avec de bonnes conditions de température et de nourriture).

42 CONCEPT 13.4 L'évolution résulte de la variation génétique qui prend sa source dans la reproduction sexuée Lors de la reproduction sexuée, les individus sont des recombinaisons entre les parents. La méiose assure la production d'un nombre plus restreint d'individus mais ayant des combinaisons génétiques uniques. Si le milieu vient à changer, peut-être que la plupart des individus vont mourir sauf ceux qui ont une combinaison de gènes leur permettant de faire face aux changements. Ces individus vont se reproduire et transmettre leurs gènes, plus adaptés au nouveau milieu, à leurs descendants. La quantité de «bons» gènes augmente de génération en génération. L'espèce évolue. La reproduction sexuée présente cependant les désavantages d’être plus lente et moins productive que la reproduction asexuée : il faut plus de temps pour produire moins d'individus. Par contre, en assurant la survie de l’espèce dans un milieu changeant (par exemple, le milieu durant la saison hivernale où la température a chuté et où la nourriture est rare), elle permet son évolution.

43 CONCEPT 13.4 Animaux 40. Les rôles de la méiose
L'évolution résulte de la variation génétique qui prend sa source dans la reproduction sexuée 40. Les rôles de la méiose Produire les cellules haploïdes pour la reproduction de l’espèce : gamètes des animaux qui se fécondent immédiatement ou spores des végétaux qui engendrent plus tard, les gamètes. XX Animaux Organisme pluricellulaire mâle ou femelle XY Zygote 2n XX_femelle ou XY_mâle Gamètes n (spermatozoïdes_X ou Y) Fécondation Mâle Méiose dans les gonades (testicules ou ovaires) Gamète n (ovule_X) Femelle

44 CONCEPT 13.4 Végétaux (plante à fleur)
L'évolution résulte de la variation génétique qui prend sa source dans la reproduction sexuée Végétaux (plante à fleur) Organisme pluricellulaire Méiose dans la fleur femelle (pistil) et les fleurs mâles (étamines) Zygote 2n Sac embryonnaire Fécondation Spores n Spore femelle Mitose et développement Organisme pluricellulaire haploïde Gamète n oosphère Spore mâle Organisme pluricellulaire haploïde Gamète n anthérozoïde Mitose et développement Grain de pollen

45 CONCEPT 13.4 Source 40. Les rôles de la méiose (suite)
L'évolution résulte de la variation génétique qui prend sa source dans la reproduction sexuée 40. Les rôles de la méiose (suite) Maintenir la constance du lot génétique de génération en génération en permettant la réduction génétique, restaurée ensuite par la fécondation. Produire une infinité de combinaisons génétiques dans les gamètes (ou les spores) engendrant ainsi des descendants génétiquement variés. Coccinelles asiatiques Campbell (1eéd.) — Figure : 255

46 FIN Lectures obligatoires et exercices à faire (édition no 3)
Chapitre 13 Révision du chapitre, p. 267 Autoévaluations : 1 à 12 Retour sur les concepts : 13.1, 13.2, 13.3 et 13.4 : 1