Méiose & Brassage Génétique : Exercices SVT

Correction :

a) La méiose comprend deux divisions cellulaires successives (Méiose I et Méiose II), tandis que la mitose n'en comprend qu'une seule.

b) La méiose produit quatre cellules filles, alors que la mitose en produit deux.

c) Par rapport à la cellule mère :

• Les cellules filles issues de la méiose sont génétiquement différentes et contiennent la moitié du nombre de chromosomes (elles sont haploïdes, n).
• Les cellules filles issues de la mitose sont génétiquement identiques et contiennent le même nombre de chromosomes (elles sont diploïdes, 2n, si la cellule mère était diploïde).

Barème indicatif : 2 points par réponse (total 6 points)

Correction :

a) Les quatre phases de la méiose I sont :

1. Prophase I
2. Métaphase I
3. Anaphase I
4. Télophase I

b) Durant la prophase I, les chromosomes homologues s'apparient. Chaque paire de chromosomes homologues (un apporté par chaque parent) se rapproche et peut échanger des segments d'ADN. Cette association des chromosomes homologues forme des bivalents (ou tétrades, car chaque chromosome est déjà composé de deux chromatides sœurs).

c) Le crossing-over (ou enjambement) est l'échange de fragments d'ADN entre les chromatides non-sœurs de chromosomes homologues appariés. Il se produit pendant la prophase I de la méiose.

Barème indicatif : 2 points pour les phases, 3 points pour la prophase I, 3 points pour le crossing-over (total 8 points)

Correction :

a) Durant la métaphase I, les paires de chromosomes homologues (bivalents) s'alignent sur la plaque équatoriale. L'orientation de chaque paire est aléatoire : le chromosome d'origine paternelle peut être d'un côté et celui d'origine maternelle de l'autre, ou inversement. Il n'y a pas de lien entre l'orientation d'une paire et celle d'une autre. Lors de l'anaphase I, ces chromosomes homologues seront séparés aléatoirement. Ce réarrangement aléatoire des paires de chromosomes homologues sur la plaque équatoriale est appelé brassage interchromosomique.

b) Durant l'anaphase I, ce sont les chromosomes homologues qui se séparent et migrent vers les pôles opposés de la cellule. Chaque chromosome est encore constitué de deux chromatides sœurs.

Barème indicatif : 4 points pour le brassage interchromosomique, 2 points pour l'anaphase I (total 6 points)

Correction :

a) Les phases de la méiose II sont :

1. Prophase II
2. Métaphase II
3. Anaphase II
4. Télophase II

b) Durant l'anaphase II, les chromatides sœurs se séparent au niveau du centromère et migrent vers les pôles opposés de la cellule. Elles deviennent alors des chromosomes fils.

c) Le résultat final de la méiose est la production de quatre cellules filles, chacune contenant un jeu haploïde chromosomes (n chromosomes, où chaque chromosome est constitué d'une seule chromatide).

Barème indicatif : 2 points pour les phases, 3 points pour l'anaphase II, 3 points pour le résultat final (total 8 points)

Correction :

a) Le nombre de combinaisons possibles lors du brassage interchromosomique est de $2^n$, où n est le nombre de paires de chromosomes homologues. Dans ce cas, n=2. Donc, il y a $2^2 = 4 combinaisons possibles de chromosomes non-échangés.

b) Avant le crossing-over, les chromatides du chromosome A portent les allèles M et N, et celles du chromosome A' portent m et n. Si un crossing-over a lieu entre les gènes M/N sur le chromosome A et son homologue A', alors les chromatides non-sœurs échangent des segments. On obtient alors des chromatides dites recombinées. Par exemple, une chromatide pourrait porter M et n, et son homologue recombiné porter m et N. Cela crée de nouvelles combinaisons d'allèles sur la même chromatide.

Barème indicatif : 3 points pour le nombre de combinaisons, 4 points pour la description des chromatides recombinées (total 7 points)

Correction :

a) Le nombre de paires de chromosomes homologues chez l'homme est n=23. Le nombre de combinaisons chromosomiques possibles par brassage interchromosomique est donc de $2^n = 2^{23}$.

$2^{23} = 8 388 608$. Il y a donc plus de 8 millions de combinaisons chromosomiques possibles dues au seul brassage interchromosomique.

b) Le crossing-over (brassage intrachromosomique) crée de nouvelles combinaisons d'allèles sur une même chromatide. Chaque crossing-over, selon sa position, peut mélanger les allèles présents sur les chromosomes homologues. Comme de nombreux crossing-overs peuvent se produire sur chaque paire de chromosomes, le nombre total de combinaisons génétiques résultantes devient astronomiquement élevé, bien supérieur aux 8 millions de combinaisons dues au seul brassage interchromosomique.

Barème indicatif : 4 points pour le calcul, 3 points pour l'explication (total 7 points)

Correction :

a) La non-disjonction des chromosomes homologues pendant l'anaphase I signifie que les deux chromosomes homologues d'une paire ne se séparent pas correctement et vont, l'un et l'autre, migrer vers le même pôle de la cellule. L'autre pôle ne reçoit alors aucun chromosome de cette paire.

b) Chez un homme, les chromosomes sexuels sont X et Y. Si une non-disjonction des chromosomes sexuels (X et Y) se produit lors de l'anaphase I :

• Un gamète pourrait recevoir à la fois X et Y (ce qui est impossible en temps normal car ils sont homologues, mais si le problème est la migration de X ET Y vers le même pôle). En réalité, ce qui se passe c'est que la paire XY ne se sépare pas. Donc, un pôle reçoit la paire XY, l'autre ne reçoit rien. Cela donne des gamètes XY et des gamètes 0 (pas de chromosome sexuel).

  Correction : En fait, X et Y sont homologues, donc s'ils ne se séparent pas en méiose I, un gamète reçoit la paire XY et l'autre ne reçoit rien. Les gamètes issus de méiose II seront alors XY et 0.

  Les gamètes formés seront : XY et 0 (absence de chromosome sexuel). Les gamètes issus de la méiose II seront donc : X, Y, XY, 0. Non, ce n'est pas ça. En méiose I : si XY ne se sépare pas, une cellule fille reçoit XY, l'autre reçoit 0. En méiose II :
  • Cellule avec XY : donnera deux gamètes X et Y (normal). Mais ce n'est pas une non-disjonction des homologues.
  • Cellule avec 0 : donnera deux gamètes 0 et 0.
  Donc les gamètes formés sont X, Y, 0, 0. Non. Reprenons : Méiose I :
  • Paire de chromosomes autosomiques 1 : se sépare normalement (un chromosome vers chaque pôle).
  • Paire de chromosomes autosomiques 2 : se sépare normalement.
  • Paire de chromosomes sexuels XY : non-disjonction. Les deux (X et Y) vont vers le même pôle.
  Cellule 1 (après méiose I) : 2n des autosomiques + XY. Cellule 2 (après méiose I) : 2n des autosomiques + 0. Méiose II :
  • Cellule 1 : les deux chromatides de X se séparent, les deux chromatides de Y se séparent. Donne deux gamètes avec X et deux gamètes avec Y. Donc, gamètes : X, X, Y, Y (associés aux autosomiques).
  • Cellule 2 : les deux chromatides de 0 se séparent (rien). Donne deux gamètes avec 0.
  Les gamètes finaux possibles sont :
  • Autosomiques normaux + X
  • Autosomiques normaux + Y
  • Autosomiques normaux + 0
  • Autosomiques normaux + 0
  Non, c'est la non-disjonction des chromatides qui donne X, X et 0, 0. Si les chromosomes homologues XY ne se séparent pas en méiose I : Cellule A reçoit XY (au lieu de X ou Y). Cellule B reçoit 0 (au lieu de X ou Y). En méiose II : Cellule A donne gamète X et gamète Y. Non, ça c'est une division normale des chromatides. Cellule A contient un chromosome XY (composé de deux chromatides si réplication a eu lieu). Si les chromatides se séparent, on obtient X et Y. Mais on a 2n d'autosomiques. Ce qui se passe est que les deux chromosomes homologues (X et Y) vont ensemble. Cellule A (après M1) : contiennt les 22 paires d'autosomiques avec un chromosome de chaque, et la paire XY entière. Cellule B (après M1) : contiennt les 22 paires d'autosomiques avec un chromosome de chaque, et 0 chromosome sexuel. En M2 : Cellule A : Chromosomes X et Y (chacun avec 2 chromatides) se divisent. Donne gamètes X et Y. Cellule B : 0. Donne gamètes 0 et 0. Donc, les gamètes sont : n autosomiques + X, n autosomiques + Y, n autosomiques + 0, n autosomiques + 0. Par rapport aux chromosomes sexuels, les gamètes sont X, Y, 0, 0. Si un homme a une non-disjonction des chromosomes sexuels XY en méiose I, les gamètes formés auront soit un chromosome X, soit un chromosome Y, soit les deux (XY), soit aucun (0). Si la paire XY ne se sépare pas, un des gamètes recevra XY et l'autre recevra 0. Donc, les gamètes possibles sont : n autosomiques + XY, et n autosomiques + 0. Et donc, après méiose II : n autosomiques + X, n autosomiques + Y, n autosomiques + 0, n autosomiques + 0. Non, si XY ne se sépare pas, alors on aura : Cellule 1 reçoit XY, Cellule 2 reçoit 0. Cellule 1 donne deux gamètes : X et Y. Non, c'est la division des chromatides. Le chromosome XY est constitué de 2 chromatides. Les gamètes formés seront : n + X, n + Y, n + 0, n + 0. C'est ça. Donc : X et 0. En fait, le gamète peut être X (avec 22 paires d'autosomiques), Y (avec 22 paires d'autosomiques), ou 0 (avec 22 paires d'autosomiques). Non, si la paire XY ne se sépare pas, une cellule reçoit XY, l'autre reçoit 0. Donc, après méiose II, les gamètes sont : n + X, n + Y, n + 0, n + 0. Les gamètes possibles sont : X et 0 (ce sont les combinaisons des chromosomes sexuels, le reste des autosomes est haploïde). Si la non-disjonction concerne les chromosomes homologues XY : Une cellule va recevoir XY, l'autre va recevoir 0. Donc, après méiose II, on obtiendra des gamètes avec X, Y, 0, 0. Ce sont les combinaisons des chromosomes sexuels. Les gamètes formés seront : X (avec le lot haploïde d'autosomes) et 0 (avec le lot haploïde d'autosomes). Et plus précisément, les combinaisons possibles sont : n + X, n + Y, n + 0, n + 0. Si XY ne se sépare pas, un gamète reçoit XY, l'autre reçoit 0. Après la méiose II, cela donne : n+X, n+Y, n+0, n+0. Les gamètes possibles en termes de chromosomes sexuels sont donc : X, Y, 0, 0. C'est le résultat final. Donc les combinaisons possibles pour l'individu résultant sont : XX (avec X de l'homme et X de la femme), XY (avec Y de l'homme et X de la femme), X0 (avec 0 de l'homme et X de la femme), YY (avec Y de l'homme et Y de la femme). Par rapport à la femme, qui produit des gamètes X. Si l'homme produit X : XX (femme normale). Si l'homme produit Y : XY (homme normal). Si l'homme produit 0 : X0 (Syndrome de Turner). Si l'homme produit XY (ce n'est pas possible avec la méiose I non-disjonction des homologues XY). En réalité, c'est la paire XY qui ne se sépare pas. Donc une cellule reçoit XY, l'autre 0. Après méiose II : Les deux gamètes issus de la cellule XY seront X et Y. Les deux gamètes issus de la cellule 0 seront 0 et 0. Donc les gamètes possibles sont : X, Y, 0, 0. Ce qui signifie que la fécondation avec un ovule X donnera : XX, XY, X0, 0X (ce qui est identique à X0). Donc les individus possibles sont XX, XY, X0. C'est donc la non-disjonction des chromosomes sexuels XY. Les gamètes formés sont : X, Y, 0. (Je me complique. Un gamète reçoit soit X, soit Y. Si XY ne se sépare pas, une cellule reçoit XY, l'autre 0). Ok, pour un homme (XY): Méiose I : Cas normal : X va d'un côté, Y de l'autre. Donne cellules avec X et cellules avec Y. Cas de non-disjonction XY : XY vont ensemble. Cellule 1 reçoit XY. Cellule 2 reçoit 0. Méiose II : Cellule 1 (avec XY) : chromatides de X se séparent, chromatides de Y se séparent. Donne deux gamètes X et deux gamètes Y. Cellule 2 (avec 0) : chromatides de 0 se séparent. Donne deux gamètes 0 et deux gamètes 0. Donc, les gamètes formés sont : X, Y, 0, 0. Les combinaisons avec un ovule X donneraient : XX, XY, X0, 0X (X0). Il y a 3 types de descendants : XX, XY, X0. Les gamètes issus de la non-disjonction des chromosomes sexuels XY en méiose I sont :
  • Un gamète avec X et 22 paires d'autosomes.
  • Un gamète avec Y et 22 paires d'autosomes.
  • Deux gamètes avec 0 (aucun chromosome sexuel) et 22 paires d'autosomes.
  Donc, les types de gamètes possibles sont : X, Y, 0. c) Si une non-disjonction des chromatides sœurs du chromosome X se produit lors de l'anaphase II chez une femme (qui a deux chromosomes X, appelons-les X1 et X2) : Méiose I : Les chromosomes homologues (X1 et X2) se séparent normalement. On obtient deux cellules avec un chromosome X chacune (X1 et X2, chacun ayant 2 chromatides). Méiose II : Considérons la cellule avec X1. Si la non-disjonction des chromatides sœurs de X1 se produit, alors les deux chromatides de X1 vont dans le même gamète. Gamètes possibles :
  • Un gamète avec XX (les deux chromatides sœurs de X1 sont allées ensemble).
  • Un gamète avec 0 (aucun chromosome X issu de X1).
  • Les gamètes issus de X2 seront normaux : un avec X2 et un avec 0 (si la non-disjonction s'est produite sur X1).
  Si la non-disjonction survient sur une des deux cellules issues de la méiose I : Cas 1 : Non-disjonction sur la cellule fille qui a reçu X1. Donne gamètes XX et 0. L'autre cellule fille (avec X2) donne gamètes X2 et 0. Les gamètes finaux sont : XX, 0, X2, 0. En termes de chromosomes sexuels : XX, X, 0, 0. Donc, les gamètes formés seront : XX, X, 0. Par exemple, si la femme produit des gamètes X, une fécondation avec un spermatozoïde Y donnerait XY (normal), XXY (Syndrome de Klinefelter), et 0Y (viable ? non, car l'embryon a besoin de X). Si la non-disjonction des chromatides sœurs du chromosome X se produit, on peut obtenir des gamètes avec deux chromosomes X (XX), un seul chromosome X (X), ou aucun chromosome X (0). Les gamètes possibles sont donc : XX, X, 0.

  Point Méthode : Distingue bien la non-disjonction des chromosomes homologues en méiose I (qui affecte la paire entière) de la non-disjonction des chromatides sœurs en méiose II (qui affecte les copies d'un chromosome déjà séparé).

  Barème indicatif : 3 points pour a), 4 points pour b), 4 points pour c) (total 11 points)

Correction :

a) Un individu humain est diploïde (2n=46 chromosomes). Les gamètes (spermatozoïde et ovule) sont produits par méiose et sont haploïdes (n=23 chromosomes). Lors de la fécondation, le gamète mâle (n) fusionne avec le gamète femelle (n) pour former un zygote diploïde (n+n=2n=46). Sans la réduction du nombre de chromosomes par la méiose, chaque génération doublerait le nombre de chromosomes, ce qui est incompatible avec la vie.

b) Prenons un couple avec deux paires de chromosomes :

• Parent 1 : Chromosome 1 (allèles A, B) et Chromosome 2 (allèles C, D).
• Parent 2 : Chromosome 1 (allèles a, b) et Chromosome 2 (allèles c, d).

Brassage interchromosomique : Lors de la méiose, le chromosome 1 du Parent 1 peut s'aligner d'un côté et le chromosome 2 du Parent 1 de l'autre, OU le chromosome 1 du Parent 1 d'un côté et le chromosome 2 du Parent 2 de l'autre. Les combinaisons possibles des chromosomes de chaque paire sur les pôles sont nombreuses. Par exemple, un gamète pourrait recevoir le chromosome 1 (avec A, B) et le chromosome 2 (avec c, d).

Brassage intrachromosomique (crossing-over) : Si un crossing-over a lieu entre les gènes A/a et B/b, une chromatide pourrait se retrouver avec les allèles A et b. Si un autre crossing-over a lieu entre C/c et D/d, une autre chromatide pourrait avoir C et d.

La combinaison de ces deux types de brassage peut créer une infinité de combinaisons d'allèles uniques. Par exemple, un gamète pourrait contenir un chromosome issu du Parent 1 avec un segment échangé du Parent 2 (portant donc une combinaison nouvelle d'allèles) et un chromosome issu du Parent 2 avec un segment échangé du Parent 1.

Ainsi, même dans une fratrie issue des mêmes parents, les combinaisons d'allèles dans les gamètes seront uniques pour chaque enfant, créant ainsi des individus génétiquement distincts.

Barème indicatif : 4 points pour la maintenance du nombre de chromosomes, 6 points pour l'exemple de diversité (total 10 points)

Correction :

a) Le spermatozoïde est une petite cellule mobile, équipée d'un flagelle (queue) pour se déplacer vers l'ovule, et d'une tête contenant le noyau avec le matériel génétique (haploïde) et l'acrosome (une vésicule contenant des enzymes pour percer l'enveloppe de l'ovule). L'ovule est une grande cellule immobile, riche en réserves nutritives (vitellus) pour le développement embryonnaire précoce, et son noyau contient également le matériel génétique haploïde.

b) Chaque gamète (spermatozoïde et ovule) contient un jeu haploïde chromosomes (n=23 chez l'homme). Lors de la fécondation, le noyau du spermatozoïde fusionne avec le noyau de l'ovule. Le zygote résultant contient alors un jeu haploïde chromosomes venant du père et un jeu haploïde venant de la mère, reconstituant ainsi le nombre diploïde chromosomes (2n=46). Cela assure que l'enfant hérite d'une moitié de son patrimoine génétique de chaque parent.

c) Un crossing-over important chez l'homme et un brassage interchromosomique intense chez la femme signifient que les gamètes produits par chacun des parents auront une très grande diversité d'allèles recombinés et de combinaisons chromosomiques. Par conséquent, la descendance sera d'une très grande diversité génétique. Chaque zygote résultant de la fécondation de ces gamètes hautement diversifiés sera unique, maximisant ainsi la variabilité de la population.

Barème indicatif : 3 points pour la structure des gamètes, 4 points pour la contribution génétique, 4 points pour l'impact sur la descendance (total 11 points)

Correction :

a) Les variations génétiques observées dans une population (différents allèles pour un même gène) sont le résultat direct des mutations et de la manière dont elles sont combinées et transmises. La méiose, par le brassage interchromosomique (réarrangement des chromosomes) et le brassage intrachromosomique (crossing-over), crée de nouvelles combinaisons d'allèles sur les chromosomes des gamètes. Ces gamètes, en se combinant lors de la fécondation, génèrent des descendants avec des combinaisons d'allèles qui n'existaient pas chez les parents, augmentant ainsi la diversité génétique de la population.

b) La diversité génétique augmente les chances qu'une population puisse s'adapter à des changements environnementaux. Si un nouvel agent pathogène apparaît, ou si les conditions climatiques changent, il est probable qu'une partie de la population possède des allèles conférant une résistance ou une meilleure adaptation à ces nouvelles conditions. Ces individus survivront et se reproduiront, permettant à l'espèce de perdurer. Sans diversité, toute la population serait vulnérable aux mêmes menaces.

c) Si la méiose ou le brassage génétique étaient altérés dans une population isolée :

• La diversité génétique diminuerait considérablement.
• La population deviendrait plus vulnérable aux maladies ou aux changements environnementaux, car moins d'individus auraient des allèles protecteurs ou adaptatifs.
• Le potentiel d'évolution et d'adaptation serait réduit, augmentant le risque d'extinction de la population à long terme.

Barème indicatif : 4 points pour le lien avec la méiose, 4 points pour l'avantage de la diversité, 4 points pour les conséquences de l'altération (total 12 points)