Mendel et les débuts de la génétique

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1. Introduction 2. Les travaux de génétique de Mendel : préambule 3. Le croisement monohybride de Mendel et ses déductions 4. Notation de Mendel et vocabulaire génétique 5. Le croisement dihybride de Mendel et sa déduction Les travaux de Mendel D ’après B.Féry modifié par D.Siffray

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1. Introduction2. Les travaux de génétique de Mendel :

préambule3. Le croisement monohybride de Mendel et

ses déductions4. Notation de Mendel et vocabulaire

génétique5. Le croisement dihybride de Mendel et sa

déduction

Les travaux de Mendel D ’après B.Féry modifié par D.Siffray

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1. Introduction

Deux définitions

HéréditéTransmission des caractères héréditaires (héritage génétique)

GénétiqueScience qui étudie l'hérédité (étudie la transmission des caractères héréditaires)

Mendel ne parlait pas de gènes mais d'unités héréditaires ou facteurs héréditaires.

HÉRÉDITÉ PAR MÉLANGEAvant l'époque de MendelLes parents apportent du matériel génétique qui se mélange ; ceci donne des résultats intermédiaires qu’on ne peut plus séparer par la suite (comme deux pots de peinture qui se mélangent).

Deux concepts de l'hérédité

HÉRÉDITÉ PARTICULAIREÀ partir de MendelLes parents transmettent des unités héréditaires distinctes qui restent distinctes chez les descendants (comme les billes que l'on retire de deux seaux et que l'on place dans un troisième seau).

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2. Les travaux de génétique de Mendel : préambule

• Botaniste autrichien (1822-1884) • Élabore une théorie particulaire de l'hérédité.• Basée sur des expériences menées sur des pois,

à partir de 1857, sur une dizaine d’années.• 1865 . Présente ses résultats à la Société

d’histoire naturelle de Brno mais sans beaucoup de succès.

• Publie un article l’année suivante. Peu de gens le lise et encore moins le comprenne.

• Cesse graduellement ses recherches. Devient occupé par ses fonctions administratives.

• Ses résultats seront redécouverts, quelques années plus tard, vers 1900, par 3 chercheurs de 3 pays différents.

L’homme : Johann Gregor Mendel (biographie)

Campbell (3eéd.) — Figure 14.1 : 271

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Comment a-t-il obtenu ses pois de lignées pures ?Il a cultivé des pois durant plusieurs générations et a sélectionné les lignées dont les pois produisaient toujours des plants semblables à eux-mêmes. (Fleurs violettes donnant toujours fleurs violettes, graines jaunes donnant toujours graines jaunes …)

Le matériel de Mendel : des pois de lignées pures

Pourquoi des pois ?• Le pois a des caractères faciles à

observer : couleur des fleurs, longueur de la tige, forme des graines …

• Chaque caractère n’a que deux formes «deux variations» : fleurs blanches ou violettes, tiges longues ou courtes …

• La fleur est fermée (à l’abri de la pollinisation extérieure) ce qui permet le contrôle possible de la fécondation

Pourquoi des pois de lignée pure ? Afin d’évaluer le résultat des manipulations qu'il prévoyait faire sur ces lignées lors de leur reproduction.

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Les sept caractères du pois

Fleur violette ou blanche

Graine ronde ou ridée

Gousse gonflée ou monoliforme

Tige longue ou naine

Gousse verte ou jaune

Fleur axiale ou terminale

Graine jaune ou verte

Campbell (3eéd.) — Tableau 14.1 : 271

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La méthode de Mendel

GÉNÉRATION PARENTALE (P1)

Il pollinise, lui-même, deux variétés pures de pois différant par :

(1) caractère : croisement monohybride(2)caractères : croisement dihybride

Il récolte les graines puis les sème.

Il observe la génération fille F1 et note les résultats.

Campbell (3eéd.) — Figure 14.2 : 272

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GÉNÉRATION PARENTALE (F1 → P2)

Il laisse les plants s’autopolliniser puis s’autoféconder (pas d’intervention).Il récolte les graines puis les sème.Il observe la génération fille F2 et note les résultats.

A fait de nombreux croisements du même type afin d'obtenir un vaste échantillon.

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Mendel a donc étudié les caractères génétiques sur trois générations !

Autofécondation

Fécondation croisée

Campbell (3eéd.) — Figure 14.3 : 273

Génération P

(parents de lignée pure)

Génération F1(hybrides)

Génération F2

Page 9: Mendel et les débuts de la génétique

Le cycle sexué des plantes à fleurs (un aperçu)

Fécon-dation

Zygote (2n)

Le sporophyte : la plante

Une des quatre spores se développe (par mitose) en un gamétophyte femelle : le sac embryonnaire — n. Il contient le gamète femelle.

Chaque spore se développe (par mitose) en un gamétophyte mâle : le grain de pollen — n. Il contient la cellule qui donnera (2) gamètes mâles.

LIRE

La méiose, dans le carpelle, produit les spores femelles.

La méiose, dans l’étamine, produit les spores mâles.

(n)

(n)

Source

Cellule des gamètes

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A- Son croisement

Il obtient le même rapport pour tous ses croisements monohybrides.

En F1, il observe la disparition d’un des deux caractères parentaux.

En F2, il observe la réapparition du caractère parental disparu chez 25% des descendants.

Autofécondation

Fécondation croisée

3. Le croisement monohybride de Mendel et ses déductions

Campbell (3eéd.) — Figure 14.3 : 273

Proportion 3 : 1

Croisement de 2 parents de lignée pure pour le caractère «couleur de la fleur».

Génération P

(parents de lignée pure)

Génération F1(hybrides)

Génération F2

1 plants : 224 plants

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B- Les résultats des croisements monohybrides de Mendel

Les proportions sont de 3 pour 1 dans tous les cas.(approximativement)

Campbell (3eéd.) — Tableau 14.1 : 271

787 : 277

651: 207

6 022 : 2 001

5 474 : 1 850

882 : 299

428 : 152

705 : 224

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C- Ses (4) hypothèses explicatives de ces résultats

Il y a ségrégation des deux facteurs de chaque caractère au cours de la formation des gamètes. Ceci correspond à la séparation des paires de chromosomes homologues à la méiose ou LOI DE SÉGRÉGATION

Les deux facteurs se séparent durant la formation des gamètes.

Si les deux facteurs diffèrent, le facteur dominant s'exprime pleinement dans l'apparence de l'organisme ; l'autre, le facteur récessif, n'a pas d'effet notable sur l'apparence. L'allèle dominant « notation majuscule » masque l'allèle récessif « notation minuscule ».

Le facteur dominant masque le facteur récessif.

Pour chaque caractère, tout organisme hérite de deux facteurs (deux unités héréditaires), un de chaque parent ; un caractère particulier est donc contrôlé par deux facteurs. Aspect particulaire de l'hérédité.

Un organisme hérite de deux facteurs pour chaque caractère.

Les variations des caractères héréditaires s'expliquent par les formes différentes que peuvent avoir les facteurs héréditaires (par exemple, fleur violette ou fleur blanche).Les facteurs de Mendel sont les gènes.Les formes différentes de Mendel sont les allèles c’est-à-dire les gènes situés sur les chromosomes homologues.

Un caractère peut présenter deux formes différentes (deux variations).

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D- Interprétation du croisement monohybride de Mendel à la lumière de ses hypothèses

Phénotype :Génotype :Gamètes :

Phénotype :Génotype :

Fleurs violettes VV

Fleurs blanches vv

vV

Fleurs violettes Vv

Génération P

Génération F1Génotypes et rapport génotypique F1 100% Vv

Phénotypes et rapport phénotypique de la F1 100% de fleurs violettes

Génotypes et rapport génotypique F2 1 VV : 2 Vv : 1 vv

Phénotypes et rapport phénotypique de la F2 3 violettes : 1 blanche

Génération F2

Gamètes femelles F1

v1/2

V1/2

Gamètes mâles F1

1/2 V v1/2

VV Vv

vV vv

Rapport phénotypique F2 → 3 : 1

3 4

1 4

Campbell (3eéd.) — Figure 14.5 : 275

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Proportion des descendants des hybrides F1.50% Aa : 25% A : 25% a ou 2 Aa + A + a

Représentation symbolique

Proportion de chacun des des traits ; en % ou en chiffre. 75% violettes : 25% blanches ou 3 violettes : 1 blanche

CroisementF1 X F1

A ou aOvaire F1

Individu qui possède les 2 traits notation Aa

Hybride

Individu dont les traits sont transmis sans changement sur plusieurs générations

Plante pure

Elément support du trait dominantAElément support du trait récessifa

Notation de Mendel

4. Notation de Mendel et représentation symbolique

Caractère différentiel Apparence de l'individu (fleurs violettes ou blanches)

Anthère F1

A ou a

A ou a

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A- Son croisement

Il obtient le même rapport pour tous ses croisements dihybrides (ou presque).

En F1, il observe la disparition de deux caractères parentaux.

En F2, il observe la réapparition «simultanée» des caractères disparus chez 6,25% des descendants.

Proportion 9 : 3 : 3 : 1

Croisement de 2 parents de lignée pure pour les caractères «couleur et forme de la graine».

5. Le croisement dihybride de Mendel et sa déduction

Génération P

Génération F1

Génération F2

X

Graines jaunes et rondes

Graines vertes et ridées

Toutes, jaunes et rondes

315556

108556

101556

32556

Autofécondation des plants de la F1

Fécondation croisée

Campbell (3eéd.) — Figure 14.8 : 277

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Les paires de facteurs se séparent, indépendamment des autres paires, lors de la formation des gamètes.LOI DE SÉGRÉGATION INDÉPENDANTELOI DE SÉGRÉGATION INDÉPENDANTE

B- Son hypothèse

La loi de ségrégation indépendante correspond à l’assortiment indépendant des chromosomes homologues en métaphase1.

JJ RR j j r r

JR jr

Génération P

Génération F1JjRr

Hypothèse de l’assortiment dépendant

Génération F2

JR

JR

Jr

jR

jr

Jr jR jrGamètes femelles F1

Gamètes mâles F1J j R r

J j R rJJRR JJRr JjRR JjRr

JJrR JJrr JjrR Jjrr

jJRR jJRr jjRR jjRr

jJrR jJrr jjrR jjrr

JR jr

jr

JR

Hypothèse de l’assortiment indépendant

116

916

316

316

Campbell (3eéd.) — Figure 14.8 : 273

Rapport phénotypique F2 → 9 : 3 : 3 : 1

Génotypes et rapport génotypique F2 1JJRR : 2JJRr : …

Phénotypes et rapport phénotypique de la F2 9/16 jaunes et rondes : 3/16 vertes et rondes :3/16 jaunes et ridées :1/16 vertes et ridées :

C- Interprétation du croisement