Chapitre 1 : Stabilité du caryotype au cours des générations

successives

Thème : Génétique et évolution.

2 chromosomes

homologues

Caryotype d’une cellule humaine

Mêmes gènes mais pas nécessairement les

mêmes allèles

Grand père

père

fille

La reproduction sexuée

assure la conservation du

nombre de chromosomes

caractéristique de l’espèce

23

chromosomes

23

chromosomes

46

chromosomes

Cycle biologique de l’homme

Thème : Génétique et évolution.

I. Des cellules haploïdes et des cellules diploïdes

Chapitre 1 : Stabilité du caryotype au cours des générations

successives

Cellule diploïde

Formule chromosomique : 2n

2 exemplaires de chaque chromosome

1 exemplaire de chaque chromosome

Cellule haploïde

Formule chromosomique : n

n : nombre de chromosomes

différents d’une cellule

Stabilité du caryotype lors de reproduction sexuée

Alternance Phase haploïde

Phase diploïde

La Méiose Passage de l’état diploïde à l’état haploïde

La fécondation Rétablit la diploïdie

Thème : Génétique et évolution.

II. La méiose permet le passage de la phase diploïde à la phase

haploïde.

Chapitre 1 : Stabilité du caryotype au cours des générations

successives

I. Des cellules haploïdes et des cellules diploïdes

Evolution de la quantité d’ADN avant et pendant la méiose

1/2

1

2

réplication

interphase

1ère division

méiose

2ème division

Interphase

Réplication de l’ADN : Les chromosomes sont dupliqués

Fin de l’interphase : cellules diploïdes aux chromosomes dupliqués (formés

chacun de 2 chromatides identiques)

La méiose est une suite de 2 divisions successives

Dans les organes reproducteurs

Précédée d’une réplication de l’ADN

Touche des cellules diploïdes aux chromosomes dupliqués (2n ch avec 2

chromatides par chromosome)

Prophase I tétrade

- les chromosomes se condensent

- les chromosomes homologues se rapprochent et

s'accolent sur toute leur longueur (appariement) au

niveau des chiasmas (points d'enchevêtrement)

- l'enveloppe nucléaire disparaît

- Le fuseau de division se met en place

chiasma

début fin

Plaque équatoriale

- Les chromosomes homologues appariés se réunissent dans la région

équatoriale de la cellule (plaque équatoriale)

- Les chromosomes homologues sont fixés sur les fibres du fuseau de

division par leurs centromères

Métaphase I

Anaphase I 2 chromosomes

homologues

- Séparation des 2 chromosomes d’une même paire (sans rupture du

centromère)

Chromosomes à 2

chromatides

- Migration aléatoire des chromosomes vers l’un des pôles du fuseau de

division

Télophase I

- une ébauche d’enveloppe nucléaire commence à se former autour des 2

lots haploïdes de chromosomes à 2 chromatides

2 lots haploïdes de

chromosomes

- le cytoplasme se divise et il se forme deux cellules haploïdes.

- Chaque cellule renferme un lot haploïde de chromosomes (1 chromosome de

chaque paire).

Première division

Réduction du nombre de chromosomes

1ère division méiotique = division réductionnelle

Prophase II

- les chromosomes sont déjà condensés

- il se forme un fuseau de division dans chacune des 2 cellules

- disparition de la membrane nucléaire.

Métaphase II

- Chaque chromosome formé de 2 chromatides se fixe par le centromère sur

une fibre du fuseau de division

Plaque

équatoriale

- La plaque équatoriale est souvent perpendiculaires au plan de la 1ère division

réductionnelle

- Les chromosomes sont disposés au centre de la cellule et forment la plaque

équatoriale

Anaphase II

Après rupture du centromère les 2 chromatides d’un même chromosomes se

séparent et migrent chacune vers l’un des pôles de la cellule

Chromosome à 1

chromatide

Télophase II

- la membrane nucléaire se reforme

- les chromosomes se décondensent

- le cytoplasme est partagé dans 4 cellules haploïdes

Sépare les 2 chromatides de chaque chromosome

Deuxième division

2ème division méiotique = division équationnelle

Méiose

Première division

Sépare les chromosomes

de chaque paire

Deuxième division

Sépare les chromatides

de chaque chromosome

Évolution de la quantité d’ADN avant et pendant la méiose

1/2

1

2

interphase méiose

réplication

Condensation des

chromosomes

1ère division méiotique :

séparation des

chromosomes homologues

2ème division méiotique :

séparation des chromatides

Thème : Génétique et évolution.

III. La fécondation permet le passage de la phase haploïde à la

phase diploïde.

Chapitre 1 : Stabilité du caryotype au cours des générations

successives

I. Des cellules haploïdes et des cellules diploïdes

II. La méiose permet le passage de la phase diploïde à la phase

haploïde.

La fécondation

Fusion des 2

noyaux haploïdes

pour former un

noyau diploïde

Division de la cellule

œuf par mitose

La fécondation

toutes les cellules

formées seront

diploïdes

Cellule oeuf

Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants

Thème : Génétique et évolution.

I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives.

A. Des cellules haploïdes ou diploïdes.

B. La méiose.

C. La fécondation.

II. Mécanismes de diversification des êtres vivants.

A. Les mécanismes génétiques.

1. La diversité liée à la reproduction sexuée (méiose et

fécondation).

Une paire de chromosomes homologues

Un chromosome à

deux chromatides

Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants

Thème : Génétique et évolution.

I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives.

A. Des cellules haploïdes ou diploïdes.

B. La méiose.

C. La fécondation.

II. Mécanismes de diversification des êtres vivants.

A. Les mécanismes génétiques.

1. La diversité liée à la reproduction sexuée.

a. Intérêt des croisements tests dans l’étude des

brassages génétiques.

Allèle A

Allèle O

Allèle B

Individu homozygote pour le gène

responsable des groupes sanguins

Individu hétérozygote pour le gène

responsable des groupes sanguins

Phénotype [AB] Phénotype [A]

Dominance codominance

Phénotype [A]

ou

Génotype (vg//vg)

Phénotype [vg]

Le génotype des individus de phénotype

récessif

Drosophile de phénotype

récessif

Drosophile de

phénotype dominant

[vg+]

Génotype (vg+//vg+)

Génotype (vg+//vg)

Le génotype des individus de phénotype

dominant

Drosophile de

phénotype dominant

[n+] dont on ne connaît

pas le génotype

Génotype (n+//n)

2 phénotypes

[n] [n+]

Génotype (n+//n+)

1 phénotype

[n+]

Génotype (n//n) Génotype (n+//n) Génotype (n+//n)

Génotype (n//n)

Croisement test

Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants

Thème : Génétique et évolution.

I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives.

A. Des cellules haploïdes ou diploïdes.

B. La méiose.

C. La fécondation.

II. Mécanismes de diversification des êtres vivants.

A. Les mécanismes génétiques.

1. La diversité liée à la reproduction sexuée.

a. Intérêt des croisements tests dans l’étude des

brassages génétiques.

b. Diversité liée au brassage intra chromosomique.

Femelle de lignée pure mâle de lignée pure

Vg+//Vg+

n+//n+

Vg//Vg

n//n

Analyse de résultats de croisements effectués chez la drosophile.

(Pour des caractères codés par des gènes situés sur le même chromosome = gènes liés)

100 %

Vg+//Vg

n+//n

Hétérozygote

F1

Vg+//Vg

n+//n

Vg//Vg

n//n

Vg+//Vg

n//n

Vg//Vg

n//n

Vg//Vg

n+//n

Vg+//Vg

n+//n

80% de phénotypes parentaux

20% de phénotypes recombinés

Chiasmas

Prophase de la 1ère division méiotique

Appariement des

chromosomes

homologues

Mécanisme du crossing over (ou enjambement)

Echange de fragments de chromatides

entre les 2 chromosomes homologues

Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants

Thème : Génétique et évolution.

I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives.

A. Des cellules haploïdes ou diploïdes.

B. La méiose.

C. La fécondation.

II. Mécanismes de diversification des êtres vivants.

A. Les mécanismes génétiques.

1. La diversité liée à la reproduction sexuée.

a. Intérêt des croisements tests dans l’étude des

brassages génétiques.

c. Diversité liée au brassage inter chromosomique.

b. Diversité liée au brassage intra chromosomique.

Femelle de lignée pure mâle de lignée pure

(Vg+//Vg+; n+//n+) (Vg//Vg ; n//n)

Analyse de résultats de croisements effectués chez la drosophile.

(Pour des caractères codés par des gènes situés sur 2 chromosomes différents = gènes

indépendants)

100 %

(Vg+//Vg ; n+//n)

Hétérozygote

F1

(Vg+//Vg ; n+//n) (Vg//Vg ; n//n)

(Vg+//Vg ; n//n) (Vg//Vg ; n//n) (Vg//Vg ; n+//n) (Vg+//Vg ; n+//n)

25 % 25 % 25 % 25 %

Métaphase Anaphase OU

Chromosomes

homologues Chromosomes

homologues

Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants

Thème : Génétique et évolution.

I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives.

A. Des cellules haploïdes ou diploïdes.

B. La méiose.

C. La fécondation.

II. Mécanismes de diversification des êtres vivants.

A. Les mécanismes génétiques.

1. La diversité liée à la reproduction sexuée.

a. Intérêt des croisements tests dans l’étude des

brassages génétiques.

d. Diversité liée à la fécondation.

c. Diversité liée au brassage inter chromosomique.

b. Diversité liée au brassage intra chromosomique.

La fécondation amplifie le brassage génétique

Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants

Thème : Génétique et évolution.

I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives.

A. Des cellules haploïdes ou diploïdes.

B. La méiose.

C. La fécondation.

II. Mécanismes de diversification des êtres vivants.

A. Les mécanismes génétiques.

1. La diversité liée à la reproduction sexuée. a. Intérêt des croisements tests dans l’étude des

brassages génétiques.

b. Un brassage intra chromosomique.

c. Un brassage inter chromosomique.

d. Un brassage lié à la fécondation.

2. Les conséquences d’anomalies au cours de la méiose.

a. Des anomalies du caryotype.

Trisomie 21

Un enfant sur 700

D’autres anomalies chromosomiques

Trisomie XXY 1/800 Syndrome de Turner

• Homme stérile (testicules atrophiés)

• Aspect androgyne

• Pilosité peu développée

• Développement intellectuel le + souvent normal

Monosomie X Syndrome de Klinefelter

• Femme de petite taille, stérile

• absence de caractères sexuels secondaires

• Intelligence normal

Trisomie 18 1/5000

• Anomalies du crâne, de la face,des pied ,

des mains

• malformations viscérales ( cœur, rein)

• évolution toujours mortelle avant l’âge d’1an

1/800

Origine des anomalies chromosomiques

maternelle

1ere division : 61,7%

2éme division : 15,3%

Paternelle

1ere division : 11,8%

2éme division : 11,2%

Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants

Thème : Génétique et évolution.

I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives.

II. Mécanismes de diversification des êtres vivants.

A. Les mécanismes génétiques.

1. La diversité liée à la reproduction sexuée.

2. Conséquences d’anomalies au cours de la méiose.

a. Des anomalies du caryotype.

b. Un enrichissement du génome.

Formation d’une famille multigénique

Expression des gènes

Exemple des opsines

Comparaison des séquences d’acides aminés des opsines et de la rhodopsine

Demi matrice des distances

% de différences Famille

multigénique

Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants

Thème : Génétique et évolution.

I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives.

II. Mécanismes de diversification des êtres vivants.

A. Les mécanismes génétiques.

1. La diversité liée à la reproduction sexuée.

2. Les conséquences d’anomalies au cours de la méiose.

a. Des anomalies du caryotype.

b. Un enrichissement du génome.

3. Des modifications de l’expression des gènes.

a. Les gènes du développement.

Résultat d’une expérience de transgénèse

Synthèse de toutes les protéines

nécessaires à la formation de

l’œil

Comparaison du gène responsable de la formation de l’œil chez différentes

espèces

souris drosophile homme

Souris 100 % 81,7 % 92,2 %

drosophile 100 % 83,3 %

homme 100 %

Ces gènes dérivent d’un gène ancestral commun

Forte homologie de séquence (> 20 %)

Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants

Thème : Génétique et évolution.

I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives.

II. Mécanismes de diversification des êtres vivants.

A. Les mécanismes génétiques.

1. La diversité liée à la reproduction sexuée.

2. Les conséquences d’anomalies au cours de la méiose.

a. Des anomalies du caryotype.

b. Un enrichissement du génome.

3. Des modifications de l’expression des gènes.

a. Les gènes du développement.

b. Modifications de l’expression des gènes du

développement.

Exemples de modifications du

territoire d’expression de certains

gènes du développement

Modification du territoire d’expression de gènes du développement chez le serpent

Modification du territoire d’expression de gènes du développement chez la souris

Exemple de modifications de l’intensité

d’expression de certains gènes du

développement

Variation de l’intensité d’expression d’un gène

Exemples de modifications de la

chronologie ou de la durée

d’expression de certains gènes du

développement (=hétérochronie)

Hétérochronie chez les canidés

Hétérochronie chez le cerf

Hétérochronie chez l’oursin

Hétérochronie chez axolotl

Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants

Thème : Génétique et évolution.

I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives.

II. Mécanismes de diversification des êtres vivants.

A. Les mécanismes génétiques.

1. La diversité liée à la reproduction sexuée.

2. Les conséquences d’anomalies au cours de la méiose.

a. Des anomalies du caryotype.

b. Un enrichissement du génome.

3. Des modifications de l’expression des gènes.

a. Les gènes du développement.

b. Modifications de l’expression des gènes du

développement.

4. Hybridation suivie de polyploïdisation (= association de

plusieurs génomes)

Reproduction

sexuée entre 2

espèces

différentes

Exemple de mécanisme permettant l’apparition d’une

espèce polyploïde

Cellule haploïde (n = 5) => pas

d’appariement possible lors de

la méiose => stérilité Hybride

stérile

Mitose anormale (les 2

chromatides d’un même

chromosome vont dans

la même cellule)

Cellule

diploïde Hybride

polyploïde

fertile

Autre exemple de mécanisme permettant l’apparition

d’une espèce polyploïde

L’histoire d’une nouvelle espèce

2n=60 2n=62

Gamète n=30

2n=122

mitose ou méiose anormales stérile

Gamète n=31

61 chromosomes

fertile Doublement du nombre

de chromosomes

Des polyploïdes dans nos assiettes Banane 33 Ch

Pommes de terre 48 Ch

Avoine 42 Ch Fraise 56

Ch

Citron

Prunes

Choux

Oranges

Mandarine

Blé

Canne à sucre

Polyploïdie chez les animaux

Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants

Thème : Génétique et évolution.

I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives.

II. Mécanismes de diversification des êtres vivants.

A. Les mécanismes génétiques.

1. La diversité liée à la reproduction sexuée.

2. Les conséquences d’anomalies au cours de la méiose.

3. Des modifications de l’expression des gènes.

4. Hybridation suivie de polyploïdisation (= association de

plusieurs génomes)

5. Transfert horizontaux de gènes.

Transfert horizontal à partir d’ADN libre dans le milieu

Transfert horizontal chez les bactéries

Propagation de la résistance aux antibiotiques

Transfert horizontal par voie virale

1. Le virus déverse son

matériel génétique (ARN)

dans le cytoplasme de la

cellule

2. L’ARN viral est

converti en ADN

viral

3. L’ADN viral

s’intègre au génome

de la cellule hôte

4. La cellule hôte produit

de nouveaux virus Un gène de la cellule hôte est

incorporé à l’ARN viral

5. ARN viral modifié

6. Formation de nouveaux

virus comportant un gène

de la cellule hôte

7. Ce gène pourra être transmis

lors de la contamination d’un

nouvel organisme

Mise en évidence d’un transfert horizontal

Réseau phylogénétique :

Arbre phylogénétique de

transferts verticaux

Réseau phylogénétique des

transferts verticaux et horizontaux

Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants

Thème : Génétique et évolution.

I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives.

II. Mécanismes de diversification des êtres vivants.

A. Les mécanismes génétiques.

1. La diversité liée à la reproduction sexuée.

2. Les conséquences d’anomalies au cours de la méiose.

3. Des modifications de l’expression des gènes.

4. Hybridation suivie de polyploïdisation (= association de

plusieurs génomes)

5. Transfert horizontaux de gènes.

1. Association de plusieurs organismes : la symbiose.

B. Les mécanismes non génétiques.

Symbiose et modification morphologique

Symbiose entre fourmis et champignons

Symbiose entre un végétal et une bactérie

mycélium

Symbiose entre un végétal et un champignon : mycorhize

Croissance plus

importante

Racines sans mycorhize Racines avec mycorhizes

Symbiose et synthèse de nouvelles

molécules

Mycélium du Champignon

Algue

Symbiose entre une algue et un champignon : le lichen

synthèse d’acide

lichénique qui les

protège des

prédateurs

Synthèse de nouvelles molécules

Symbiose et modification de

comportements

Symbiose entre une anémone de mer et une algue verte

Modification du comportement des

anémones vivant en symbiose

= anémones non

symbiotiques

100 000 milliards

de bactéries

1,5 Kg !!

Une symbiose chez l’homme

Chapitre 1 : Stabilité et diversification des êtres vivants

Thème : Génétique et évolution.

I. Stabilité du caryotype au cours des générations successives.

II. Mécanismes de diversification des êtres vivants.

A. Les mécanismes génétiques.

1. La diversité liée à la reproduction sexuée.

2. Les conséquences d’anomalies au cours de la méiose.

3. Des modifications de l’expression des gènes.

4. Hybridation suivie de polyploïdisation (= association de

plusieurs génomes)

5. Transfert horizontaux de gènes.

1. Association de plusieurs organismes : la symbiose.

B. Les mécanismes non génétiques.

2. Transmission culturelle de comportements.

L’apprentissage du chant chez les oiseaux

Chimpanzés ouvrant des noix avec des pierres

Transmission culturelle chez le chimpanzé

Transmission culturelle chez le chimpanzé

Transmission culturelle chez le Castor