DS P1 Reproduction sexuée et diversité génétique
La diversité génétique des individus issus de la reproduction sexuée est immense. Les allèles des gènes sont recombinés par brassages génétiques pendant la méiose chez les parents. La fécondation conduit ensuite à la formation de cellules-œufs à l’origine de la génération suivante au sein de laquelle chaque individu est génétiquement unique.
Expliquer comment la reproduction sexuée produit une diversité génétique en prenant le cas de la transmission de deux gènes localisés sur deux paires différentes de chromosomes. Votre explication s’appuiera sur la transmission d’un gène A (ayant deux allèles, A et a) et d’un gène B (ayant deux allèles B et b) d’un couple de parents à sa descendance.
Le cas des chromosomes sexuels est hors sujet.
Vous rédigerez un texte argumenté. On attend que l’exposé soit étayé par des expériences, des observations, des exemples….
Correction
Construction scientifique complète (les grandes parties sont présentes) et logique par rapport au sujet
Les idées essentielles pour la construction scientifique sont présentées, elles sont organisées logiquement et de façon à répondre à la question posée.
On considérera que la construction est complète si les idées clés (structurantes) suivantes ont été identifiées et formulées , et qu’elles ont été traitées de manières comparatives:
La méiose induit un brassage interchromosomique à l’origine de la diversité génotypique des gamètes.
La fécondation amplifie les brassages de la méiose.
Connaissances complètes et exactes, les arguments sont exacts et suffisants
On considérera que les connaissances sont complètes si les notions associées aux idées clés sont les suivantes :
Cycle de développement : alternance méiose / fécondation
La méiose est un ensemble de deux divisions successives et indissociables qui permet de produire 4 cellules haploïdes à partir d’une cellule diploïde. Chacune des deux divisions comprend 4 phases. (Les phases utiles doivent être détaillées dans la rédaction et/ou schématiquement)
Argument pour mettre en évidence le brassage: résultats étude croisement test
Brassage interchromosomique : le positionnement aléatoire des bivalents en A1 induit un brassage inter chromosomique
Schéma du brassage et quantification et identification de la variabilité génotypique des gamètes en lien avec l’exemple imposé
La fécondation est la fusion (cytogamie + caryogamie) de deux cellules haploïdes. Dans le cas de l’espèce humaine, les deux cellules haploïdes impliquées sont des cellules différenciées: les gamètes (spermatozoïdes et ovocytes) produits à l’issue de la méiose.
En réunissant au hasard 2 gamètes, la fécondation amplifie les brassages génétiques de la méiose.
Argument pour mettre en évidence le brassage de la fécondation: échiquier de croisement avec quantification de la diversité produite
On n’attend pas l’exhaustivité de tous les termes mais que la notion soit comprise et exprimée avec rigueur et précision. On attend au moins un argument pertinent (expérience, observation, exemple…) par idée clé.
Qualité de l’exposé
Remarque importante : il ne s’agit pas d’une liste de critères qui devraient être tous remplis, mais d’indices qui permettent de repérer la qualité formelle, sans qu’on attende que tous soient présents.
Critères de qualité de forme:
Syntaxe, grammaire (formulation scientifique compréhensible des idées …).
Orthographe.
Schéma(s) clair(s) légendé(s) et titré(s) et à propos
Mise en page, facilité de lecture, présentation attrayante.
Barème:
Chaque individu, à l’exception des vrais jumeaux, possède un génotype unique qui lui est spécifique. Cette unicité génétique des individus est la conséquence des mutations qui créent de nouveaux allèles, et des brassages génétiques de la reproduction sexuée.
Comment la reproduction sexuée induit-elle un brassage génétique à l’origine de l’unicité génétique des individus ?
I : La méiose induit un brassage inter-chromosomique à l’origine de la diversité génotypique des gamètes.
L’étude des croisements tests entre un individu F1 double hétérozygote (A//a, B//b) et double dominant pour 2 caractères monogéniques et un individu double homozygote (a//a, b//b) et double récessif, montre que lors de ses méioses, le F1 double hétérozygote produit:
- 50 % de gamètes de types parentaux (A/, B/) et (a/, b/) , identiques aux gamètes produits par ses propres parents.
- 50 % de gamètes de types recombinés (A/, b/) et (a/, B/)
Ces gamètes recombinés résultent et témoignent d’un brassage génétique lors des méioses chez le F1. L’équiprobabilité des gamètes parentaux et recombinés montre que le mécanisme à l’origine de ce brassage est aléatoire (50% de chance de se produire). Il s’agit du positionnement aléatoire des bivalents en métaphase 1 par rapport au plan équatorial. (Ce positionnement conditionne le sens de la migration des chromosomes en anaphase 1).
Méioses alternatives
| Positionnement 1 | Positionnement 2 |
|---|---|
Le positionnement des bivalents en métaphase 1 étant aléatoire, les deux méioses possibles sont donc équiprobables. Ainsi, en considérant un grand nombre de méioses, on obtient 50 % de gamètes de types parentaux et 50 % de gamètes de types recombinés.
Ce brassage inter-chromosomique ne peut affecter que des gènes indépendants. Ainsi, pour 2 gènes indépendants donc deux paires de chromosomes on obtient 4 gamètes de génotypes différents. Ce brassage crée de la diversité génotypique au niveau des gamètes.
Si l’on considère les 23 paires de chromosomes de l’espèce humaine, cela fera donc 223 soit 8 millions de génotypes possibles au niveau des gamètes produits par un individu. De plus, cette diversité est amplifiée par le brassage intra chromosomique qui affecte les gènes liés entre lesquels des crossing-over se produisent aléatoirement.
II : La fécondation amplifie les brassages de la méiose.
La fécondation est la fusion (cytogamie + caryogamie) de deux cellules haploïdes. Dans le cas de l’espèce humaine, les deux cellules haploïdes impliquées sont des cellules différenciées: les gamètes (spermatozoïdes et ovocytes) produits à l’issue de la méiose.
En réunissant au hasard 2 gamètes, la fécondation amplifie les brassages génétiques de la méiose.
| (A/, B/) | (a/, b/) | (A/, b/) | (a/, B/) | |
| (A/, B/) | (A//A, B//B) | (A//a, B//b) | (A//A, B//b) | (A//a, B//B) |
| (a/, b/) | (A//a, B//b) | (a//a, b//b) | (A//a, b//b) | (a//a, B//b) |
| (A/, b/) | (A//A , B//b) | (A//a, b//b) | (A//A, b//b) | (A//a, B//b) |
| (a/, B/) | (A//a , B//B) | (a//a, B//b) | (A//a, B//b) | (a//a, B//B) |
Ainsi, pour deux parents produisant 4 gamètes de génotypes différents (identiques entre les 2 parents), on obtient 10 génotypes diploïdes différents chez les zygotes. (Chaque case du tableau représente 1/16 des descendants théoriques du couple)
En extrapolant pour un cas extrême où les parents n’auraient aucun allèle en commun : (a1//a2, b1//b2) x (a3//a4, b3//b4), la diversité des génotypes possibles chez les zygotes est égale au produit (multiplication) de la diversité des génotypes des gamètes de chacun des 2 parents.
Conclusion.
Les brassages de la méiose et de la fécondation permettent de créer une infinité de génotypes possibles au niveau des zygotes, ce qui explique l’unicité génétique des individus.