Transfert de l’information génétique au cours de la reproduction sexuée
La reproduction sexuée fait intervenir deux cellules reproductrices appelées gamètes capables de s’unir lors de la fécondation pour donner une cellule œuf à l’origine d’un nouvel individu.
Pour connaitre comment se fait la transmission de l’information génétique par la reproduction sexuée, on propose les données suivantes: Les document 1 et 2 représentent les caryotypes de deux gamètes mâles (spermatozoïdes), alors que le document 3 montre le caryotype de la cellule mère des spermatozoïdes.
A partir de l’exploitation des documents,
1 – Comparer le caryotype de la cellule mère aux caryotypes des gamètes mâles.
2 – Interpréter les différences.
1-On observe que la cellule mère est diploïde et possède ainsi 23 paires de chromosomes soit une formule chromosomique 2n=46. Alors que les gamètes mâles sont haploïdes et possèdent donc la moitié du patrimoine génétique soit une formule chromosomique n=23.
2 – On peut interpréter cette différence par la réduction du nombre de chromosomes au cours de la formation des gamètes lors du phénomène appelé « la méiose ».
1/ Etude de la méiose:
a – Les étapes de la méiose:
Pour découvrir les étapes de la méiose, on présente les documents suivants: Le document 4 montre des photos microscopiques des étapes de la méiose et le document 5 montre les schémas de ces étapes.
1 – En exploitant le document 5, comparer la formule chromosomique des cellules:
a – 1 et 4, et justifier l’appellation de la première division réductionnelle.
b – 5 et 8, et justifier l’appellation de la première division équationnelle.
2 – A partir de l’exploitation des documents 4 et 5, décrire les phases de la méiose.
1 – a- La cellule 1 est une cellule diploïde avec une formule chromosomique 2n= 6 alors que les cellules 4 sont haploïdes avec une formule chromosomique n=3. Donc cette première division est dite réductionnelle car elle permet de passer de 2n chromosomes à n chromosomes.
b- Les cellules 5 et 8 sont haploïdes avec la même formule chromosomique n= 3. Donc cette deuxième division est dite équationnelle car elle conserve le nombre de chromosomes.
2- La méiose est la succession de deux divisions cellulaires. Elle produit quatre cellules haploïdes à partir d’une cellule diploïde.
La division réductionnelle:
• La prophase I : les chromosomes s’individualisent et se condensent, avec appariement des chromosomes homologues pour former des bivalents (ou tétrades)
• La métaphase I : la condensation des chromosomes est maximale, les bivalents se disposent de part et d’autre de la plaque équatoriale de la cellule.
• L’anaphase I : c’est la séparation des chromosomes homologues de chaque paire (on parle de disjonction) et leur migration vers un pôle de la cellule. Il n’y a pas de division des centromères.
• La télophase I : c’est la formation de deux cellules haploïdes à n chromosomes à deux chromatides.
La division équationnelle:
• Prophase II : elle est presque identique à la prophase I, mais les chromosomes sont déjà sous forme condensée donc il n’y a pas cette mise en place que l’on avait en prophase I.
• Métaphase II : les chromosomes se placent sur la plaque équatoriale.
• Anaphase II : c’est la disjonction des chromatides d’un même chromosome et migration des chromosomes maintenant à 1 chromatide vers les pôles opposés de la cellule.
• Télophase II : séparation des cellules en 4 cellules de n chromosomes à 1 chromatide
Voir l’animation
b – L’évolution de la quantité d’ADN au cours de la méiose:
Le document 6 montre l’évolution de la quantité d’ADN par cellule avant et pendant la méiose.
1 – En exploitant le document 6, décrire et interpréter la variation de la quantité d’ADN au cours du temps.
2 – Schématiser l’aspect d’un chromosome à l’anaphase I et à l’anaphase II.
1-Durant la phase G1 de l’interphase, la quantité d’ADN est constante dans une valeur q. Puis, durant la phase S, elle augmente (double) et passe de q à 2q. Ensuite, elle reste constante à 2q durant la phase G2. Au cours de la division réductionnelle, la quantité d’ADN diminue (est divisée par deux) et passe de 2q à q. Après la division équationnelle, elle diminue encore et passe de q à q/2.
La méiose est précédée d’une interphase, pendant laquelle se produit la réplication de l’ADN, et les chromosomes passent alors de la forme mono à bichromatidienne. Durant la division réductionnelle, le passage de la quantité d’ADN de 2q à q est due à la séparation des chromosomes homologues bichromatidiens de chaque paire et leur distribution aux cellules filles. Alors qu’au cours la division équationnelle, le passage de la quantité d’ADN de q à q/2 est due à la séparation des chromatides des chromosomes et leur distribution aux cellules filles.
2- Schémas des chromosomes:
c – Les rôles de la méiose:
–La réduction chromosomique
La méiose assure le passage de la phase diploïde (2n) à la phase haploïde (n), d’où la conservation du nombre des chromosomes chez l’individu après la fécondation.
–Le brassage génétique
– le brassage intrachromosomique par chiasma lors de l’appariement des chromosomes homologues à la prophase I puis crossing-over (échange de portions de chromatides entraînant un échange d’allèles).
– le brassage interchromosomique par distribution indépendante et aléatoire des chromosomes de chaque paire lors de l’anaphase I, ce qui donne 2n types de gamètes différents.
Cas d’une cellule où 2n = 6 chromosomes.
Par exemple, pour l’espèce humaine on obtient 223 = 8 388 608 types de gamètes
Le brassage génétique contribue à la diversité génétique des gamètes produits par un même individu.
2/ Rôles de la fécondation :
a – Le rétablissement de la diploïdie :
Par l’union de deux gamètes haploïdes qui donne une cellule œuf diploïde d’où la conservation du nombre des chromosomes chez l’individu.
b – L’amplification du brassage génétique dans les cellules œufs :
Le brassage génétique résulte du hasard qui préside à la rencontre d’un gamète mâle parmi plusieurs millions possibles et d’un gamète femelle également original, ce qui contribue à la diversité génétique des individus.
La reproduction sexuée permet la transmission de l’information génétique des parents aux descendants. Elle est caractérisée par deux principaux événements :
- La méiose à l’origine de gamètes haploïdes ayant de nouvelles combinaisons alléliques.
- La fécondation amplifie le brassage génétique dans les cellules-œufs diploïdes obtenues.
La reproduction sexuée est donc à l’origine d’une diversité génétique infinie des individus.