Le brassage génétique et sa contribution à la diversité génétique (TS)

Le brassage génétique et sa contribution à la diversité génétique (TS)

Tout individu de l'espèce humaine (sauf anomalies) possède 46 chromosomes. Il y a donc stabilité du caryotype et variabilité du génotype.

On peut donc se poser deux questions :

— Comment le cayotype peut-il rester stable ?

— Comment le génotype peut-il varier ?

Pour répondre à la première question, intéressons nous au cycle biologique de l'espèce humaine.

Lorsqu'on est face à un tel document, il faut repérer les étapes principales. Ici, on a le passage 

—a) cellule de la lignée germinale à cellule germinale

—b) cellules de la lignée germinale à zygote.

Le a) est marqué par une division par 2 du nombre de chromosomes. Le b) est marqué par un retour à des chromosomes par paires (23 chez le spermatozoïde + 23 chez l'ovocyte).

L'étape a) est donc caractérisée par le passage de l'état diploïde (chromosomes par paire) à l'état haploïde (chromosomes seuls). C'est la méiose.

L'étape b) est caractérisée par le passage de l'état haploïde à l'état diploïde. C'est la fécondation.

Chez l'homme, on a donc une succession d'haplophase et de diplophase. Le cycle est haplodiplophasique avec diplophase dominante.

Comment se passe la méiose ?

Le premier document est un tableau reliant la quantité d'ADN présente dans une cellule de la lignée germinale et le temps.

A partir de ce tableau, on peut construire une courbe, plus facile à interpréter.

Par analogie avec ce que vous avez vu sur la mitose en 1ère S, on peut installer les trois phases classiques G1 et G2, qui sont des phases de croissance cytoplasmique et la phase S, qui est une phase de réplication de l'ADN. On constate que dans les deux cas, la réplication précède la division cellulaire. En revanche, on peut constater que la méiose est constituée de deux divisions successives.

Deux questions se posent alors :

— Quel est l'état des chromosomes à chaque étape ?

— Comment se déroulent les deux divisions successives ?

On peut ainsi mettre en place l'état des chromosomes pendant le cycle cellulaire

Il y a deux hypothèses possibles pour le déroulement de la méiose :

— hypothèse 1

— hypothèse 2

Pour choisir entre les deux hypothèses, il faudrait normalement pouvoir procéder à des observations microscopiques de méiose. Reconnaissons que c'est assez délicat et que l'observation avec des microscopes de lycée ne permet pas de se prononcer. 

On admettra que l'hypothèse 2 a été démontrée.

La méiose se déroule donc selon le schéma suivant :

On peut essayer de mettre en évidence la méiose d'une façon pratique. La méiose ne se produisant que dans les cellules germinales, il faut travailler sur les organes reproducteurs des espèces. Dans le cas des animaux, ce seront les testicules et dans le cas des végétaux, ce seront les étamines, qui sont les organes mâles d'une fleur.

Nous allons travailler sur les testicules d'un insecte, le criquet.

Les testicules du criquet, se situe dorsalement, dans la partie haute de l'abdomen à la limite avec le thorax. Les photos suivantes montrent les différentes étapes de la dissection qui est relativement simple.

Dans certain cas, les testicules restent collés à la cuticule (carapace) supérieure de l'abdomen.

On enlève ensuite les testicules et on les déposent dans un verre de montre. On dépose quelques gouttes de bleu de toluidine, colorant des cellules reproductrices. On laisse 2 à 3 minutes puis on rince.

On prélève une toute petite fraction de testicule qu'on étale bien sur une lame.

Au faible grossissement on observe des masses de graisses et de nombreux canaux qui correspondent aux trachées qui apportent l'air aux organes des insectes.

A un grossissement plus fort, si on a une préparation bien étalée, si on a de la chance et une optique de bonne qualité (!!!!!), on peut voir des cellules en division :

A partir d'observation précise, on a pu construire e déroulement de la méiose qui est présenté dans le tableau ci-dessous :

On remarquera que chaque division est subdivisée en 4 phases qui portent le même nom que les phases de la mitose. Comme celle-ci, la méiose est toujours précédée d'une phase de réplication de l'ADN (phase S)

Cependant le déroulement en est très différent :

— lors de la première division, il n' y a pas clivage des centromères mais séparation des deux chromosomes homologues

— lors de la seconde division, il y a clivage des centromères, chaque chromatide d'un chromosome allant à un pôle de la cellule.

C'est durant la prophase I qu'un phénomène particulier et important en génétique a lieu.

Au début de la prophase 1, les chromosomes sont disposés aux hasard.

Très vite, les chromosomes homologues se rapprochent et se placent le long l'un de l'autre. Ils sont alors appelés tétrades ou bivalents.

Ensuite, les chromatides des chromosomes homologues s'enroulent les unes autour des autres, formant des chiasmas (croisements). Puis les homologues se séparent.

Lorsque la méiose est achevée, on a obtenu 4 cellules haploïdes, les chromosomes ayant 1 chromatides. Le retour à l'état diploïde va se faire par la fécondation.