Niveau : Moyen / Difficile — Durée estimée : 60 min — 10 exercices avec corrections détaillées
Rappel des notions clés
La diversité génétique des gamètes repose sur deux mécanismes majeurs durant la méiose. Le brassage intrachromosomique a lieu en prophase I lors de l'appariement des chromosomes homologues : des échanges de fragments de chromatides (crossing-over) surviennent entre chromosomes d'une même paire. Le brassage interchromosomique se produit en anaphase I, par la séparation aléatoire des chromosomes homologues de chaque paire vers les pôles opposés de la cellule.
Pour analyser les résultats d'un croisement, on utilise souvent le test-cross (ou croisement de retour). Il consiste à croiser un individu de génotype inconnu ou hétérozygote avec un individu homozygote récessif pour tous les gènes étudiés. Les proportions des phénotypes obtenus chez les descendants reflètent directement les types de gamètes produits par l'individu testé.
Si deux gènes sont indépendants (sur des chromosomes différents), le test-cross pour un dihybridisme donne quatre phénotypes à parts égales (25% chacun). Si les gènes sont liés (sur le même chromosome), on observe une majorité de phénotypes parentaux et une minorité de phénotypes recombinés, ces derniers résultant d'un crossing-over.
Fréquence de recombinaison : (Nombre d'individus recombinés / Nombre total d'individus) x 100. Cette valeur en centimorgan (cM) indique la distance relative entre deux gènes liés.
Exercices — Niveau Facile
Exercice 1 : On croise deux lignées pures de pois : l'une à graines lisses (L) et jaunes (J), l'autre à graines ridées (r) et vertes (v). Les caractères "lisse" et "jaune" sont dominants. On obtient une génération F1 homogène. Quel est le phénotype et le génotype de la F1 ? Justifie ta réponse.
Correction :
Étape 1 : Analyse des parents. Les parents sont de lignée pure (homozygotes). Le parent 1 est (L//L, J//J) et le parent 2 est (r//r, v//v).
Étape 2 : Formation des gamètes. Le parent 1 produit 100% de gamètes (L, J). Le parent 2 produit 100% de gamètes (r, v).
Étape 3 : Fécondation. La rencontre des gamètes donne des individus (L//r, J//v).
Étape 4 : Détermination du phénotype. Comme L domine r et J domine v, tous les individus de la F1 expriment les caractères dominants.
Résultat : Le phénotype est [Lisse, Jaune] et le génotype est hétérozygote (L//r, J//v).
Exercice 2 : Définis le brassage interchromosomique et précise à quel moment de la méiose il se produit. Combien de combinaisons de gamètes différentes sont possibles pour une cellule à 2n = 6 chromosomes sans crossing-over ?
Correction :
Le brassage interchromosomique est la répartition aléatoire des chromosomes d'origine paternelle et maternelle vers les pôles de la cellule. Il a lieu durant l'anaphase I de la méiose.
Pour calculer le nombre de combinaisons, on utilise la formule 2^n, où n est le nombre de paires de chromosomes (le nombre haploïde). Ici 2n = 6, donc n = 3.
Calcul : 2^3 = 2 x 2 x 2 = 8.
Résultat : Il y a 8 combinaisons de gamètes possibles.
Exercice 3 : Explique pourquoi un individu homozygote récessif est indispensable pour réaliser un test-cross efficace.
Correction :
L'individu homozygote récessif ne transmet que des allèles récessifs à sa descendance. Par conséquent, il ne "masque" pas les allèles portés par les gamètes de l'autre parent (l'individu testé).
Le phénotype de chaque descendant révèle ainsi directement l'allèle reçu du parent hétérozygote. Cela permet de connaître les proportions exactes des différents types de gamètes produits par ce dernier et donc de déterminer si les gènes sont liés ou indépendants.
Exercices — Niveau Moyen
Exercice 4 : On réalise un test-cross chez la drosophile pour deux gènes : couleur du corps (ébène 'e' ou gris 'e+') et forme des ailes (recroquevillées 'c' ou normales 'c+'). Les résultats sont : 402 [gris, normales], 398 [ébène, recroquevillées], 102 [gris, recroquevillées], 98 [ébène, normales]. Les gènes sont-ils liés ou indépendants ? Calcule la distance génétique.
Correction :
Étape 1 : Analyse des proportions. Total des individus = 402 + 398 + 102 + 98 = 1000. Les phénotypes parentaux sont [gris, normales] et [ébène, recroquevillées]. Ils représentent (402+398)/1000 = 80%. Les phénotypes recombinés représentent (102+98)/1000 = 20%.
Étape 2 : Conclusion sur la liaison. Comme les proportions ne sont pas 25/25/25/25, les gènes ne sont pas indépendants. Comme les parentaux sont majoritaires, les gènes sont liés.
Étape 3 : Calcul de la distance. La distance correspond à la fréquence de recombinaison.
Distance = (200 / 1000) * 100 = 20 cM.
Résultat : Les gènes sont liés et situés à 20 cM l'un de l'autre.
Exercice 5 : Représente par un schéma légendé le mécanisme du crossing-over (brassage intrachromosomique). Précise les structures impliquées.
Correction :
Le schéma doit faire apparaître : 1. Deux chromosomes homologues appariés (bivalent/tétrade) en prophase I. 2. Le point de contact appelé chiasma. 3. L'échange de segments de chromatides non-sœurs. 4. Les quatre chromatides finales : deux parentales et deux recombinées.
Le mécanisme implique la cassure et la suture enzymatique de molécules d'ADN entre chromatides non-sœurs de chromosomes homologues.
Exercice 6 : Chez une plante, on étudie deux gènes A et B. Un croisement F1 x F1 donne les proportions suivantes : 9/16 [A,B], 3/16 [A,b], 3/16 [a,B], 1/16 [a,b]. Que peux-tu conclure sur la relation entre ces gènes et la dominance des allèles ?
Correction :
Étape 1 : Identification du ratio. Le ratio 9:3:3:1 est le résultat classique d'un croisement de deux hétérozygotes (dihybridisme) pour des gènes indépendants.
Étape 2 : Conclusion sur la dominance. Les allèles A et B sont dominants sur a et b, car le phénotype double récessif [a,b] n'apparaît qu'avec une probabilité de 1/16 (rencontre des gamètes ab et ab).
Étape 3 : Conclusion sur la localisation. La répartition 9:3:3:1 prouve que les deux paires d'allèles ont subi un brassage interchromosomique indépendant lors de la méiose. Les gènes sont donc situés sur des paires de chromosomes différentes (indépendants).
Exercices — Niveau Difficile
Exercice 7 : Analyse d'un arbre généalogique. Une maladie rare touche plusieurs membres d'une famille. Les parents sont sains mais ont un fils atteint. Les filles sont toutes saines. Propose deux hypothèses de transmission (autosomale récessive ou liée à l'X récessive) et discute-les.
Correction :
Hypothèse 1 : Récessive autosomale. Si les parents sont hétérozygotes (N//m), ils peuvent avoir un enfant malade (m//m) quelle que soit son sexe. C'est possible ici.
Hypothèse 2 : Récessive liée à l'X. La mère serait porteuse saine (XN // Xm) et le père sain (XN // Y). Ils transmettent l'Xm à 50% de leurs fils qui seront malades, et l'XN à leurs filles qui seront saines (porteuses ou non). Comme seuls les garçons sont touchés dans cet exemple, cette hypothèse est très probable.
Attention : Pour confirmer une transmission liée à l'X, il faut vérifier que le père malade ne transmet jamais la maladie à son fils, mais la transmet à toutes ses filles (qui seront conductrices).
Exercice 8 : On étudie trois gènes liés chez la drosophile : A, B et C. Les fréquences de recombinaison sont : A-B = 10%, B-C = 5%, A-C = 15%. Établis la carte factorielle (ordre des gènes sur le chromosome).
Correction :
Étape 1 : Repérer la plus grande distance. La distance A-C est de 15 cM. Cela signifie que A et C sont aux extrémités.
Étape 2 : Positionner le gène central. Le gène B est à 10 cM de A et à 5 cM de C. On vérifie la cohérence : 10 + 5 = 15.
Résultat : L'ordre des gènes est A --- (10 cM) --- B --- (5 cM) --- C.
Exercice 9 : Explique comment une anomalie de la méiose peut conduire à une trisomie 21. Distingue les deux moments possibles de cette erreur.
Correction :
La trisomie résulte d'une non-disjonction chromosomique.
Possibilité 1 : En anaphase I. Les deux chromosomes homologues de la paire 21 ne se séparent pas et migrent vers le même pôle. Deux gamètes auront n+1 chromosomes et deux auront n-1.
Possibilité 2 : En anaphase II. Les chromatides sœurs de la paire 21 ne se séparent pas. Un gamète aura n+1, un aura n-1, et deux seront normaux (n).
Lors de la fécondation par un gamète normal (n), le gamète n+1 donnera un zygote à 2n+1 = 47 chromosomes, présentant trois exemplaires du chromosome 21.
Exercice 10 : Un individu a pour génotype (AB // ab). Si un crossing-over se produit systématiquement entre ces deux gènes chez 20% des cellules entrant en méiose, quels seront les pourcentages des quatre types de gamètes produits ?
Correction :
Étape 1 : Comprendre l'impact d'une méiose avec crossing-over. Une cellule subissant un crossing-over produit 4 gamètes : 2 parentaux (AB, ab) et 2 recombinés (Ab, aB). Soit 25% de chaque type pour cette cellule spécifique.
Étape 2 : Calculer pour les 20% de cellules avec CO. Elles produisent 5% de AB, 5% de ab, 5% de Ab et 5% de aB (soit une part significative du total global).
Étape 3 : Calculer pour les 80% de cellules sans CO. Elles produisent uniquement des parentaux : 40% de AB et 40% de ab.
Étape 4 : Totaliser. Gamètes parentaux AB : 40 + 5 = 45%. Gamètes parentaux ab : 40 + 5 = 45%. Gamètes recombinés Ab : 5%. Gamètes recombinés aB : 5%.
Résultat : 45% AB, 45% ab, 5% Ab, 5% aB.
Bilan et conseils
Ce qu'il faut retenir : Le brassage interchromosomique concerne les gènes indépendants (25/25/25/25 en test-cross), tandis que le brassage intrachromosomique permet la recombinaison de gènes liés. En cas de gènes liés, les phénotypes parentaux sont toujours majoritaires. Pour réussir tes exercices, dessine systématiquement les chromosomes pour visualiser les allèles.
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