Synthèse : le brassage chromosomique
Voici une question de synthèse rédigée sur le brassage chromosomique, réalisée en classe de Terminale en SVT.
Énoncé (sujet de juin 2014) :
Des généticiens étudient le brassage génétique et sa contribution à la diversité génétique. Ils prennent comme modèle d'étude deux populations de drosophiles constituées d'individus mâles et femelles homozygotes pour deux gènes indépendants.
Des mâles de la population 1 sont placés avec des femelles de la population 2 dans le même flacon d'élevage. Leur croisement aboutit à la génération F1. Les individus issus de la première génération (F1) obtenue sont ensuite croisés avec des individus de la population 2. On obtient une deuxième génération (F2) dans laquelle les généticiens observent, pour les caractères étudiés, une diversité des combinaisons phénotypiques.
Le gène "couleur du corps" présente 2 allèles:
e+ : corps clair, dominant
e- : corps foncé, récessif
Le gène "longueur des ailes" présente 2 allèles:
vg+ : ailes longues, dominant
vg- : ailes courtes, récessif
En s'appuyant sur cet exemple, proposer un texte illustré montrant par quels mécanismes la reproduction sexuée aboutit, ici, à la diversité phénotypique observée. L'exposé doit être structuré avec une introduction et une conclusion et sera accompagné de schémas.
Introduction
La transmission des caractères est un phénomène très étudié, en particulier depuis la découverte de l'ADN par Watson et Crick dans les années 1950. Les drosophiles sont une espèce particulièrement utile pour étudier la transmission des caractères car leurs cycles de reproduction sont très courts. Les deux gènes étudiés ici sont "la longueur des ailes", d'allèles vg+ et vg- et "la couleur du corps", d'allèles e+ et e-. Nous allons expliquer comment un croisement entre la génération F1, issue de deux parents homozygote, avec le parent homozygote récessif donne naissance à une génération F2, caractérisée par une diversité génétique. Pour ce faire, nous allons étudier les mécanismes de reproduction sexuée à l'origine de la diversité génétique et phénotypique. Tout d'abord, nous verrons comment le croisement parental est à l'origine de la génération F1. Puis, nous étudierons le rôle du brassage interchromosomique, suivi de celui de la fécondation, avant de conclure sur notre étude des drosophiles.
Le croisement parental est à l'origine de la génération F1
P1 et P2 étant des homozygotes, ils ne fabriquent qu'un seul type de gamète chacun. Ainsi, leur descendance est homogène et la génération F1 est composée à 100% d'individus de phénotype [e+ vg+].
La diversité due au brassage interchromosomique
Le brassage interchromosomique est observé dans le cas de deux gènes indépendants, c'est-à-dire qui se situent sur 2 chromosomes différents. La méiose est l'étape de division cellulaire qui permet de passer d'une cellule précurseur diploïde à deux chromatides à 4 gamètes haploïdes à une seule chromatide, par l'intermédiaire de deux divisions successives. Lors de la métaphase I, les chromosomes s'alignent sur la plaque métaphasique, avant que les chromosomes homologues ne se séparent pendant l'anaphase. Or, la répartition des chromosomes se fait aléatoirement : le chromosome d'une paire peut être associé avec l'un ou l'autre chromosome d'une deuxième paire, ceci pour les n paires. Donc, il existe 2^n possibilités de gamètes différents pour chaque individu. Ainsi, pour la drosophile qui possède 4 paires de chromosomes, il existe 2^4, c'est-à-dire 16 gamètes différents.
Dans notre expérience, on croise une drosophile F1 avec une autre de phénotype parental double récessif : il s'agit d'un croisement test. Lors de la formation des gamètes de F1, durant l'anaphase I, les allèles vg+ / vg- et e+ / e- sont séparées. D'après ce schéma, on remarque que 4 gamètes différents peuvent être formés, dans des proportions équivalentes.
Ainsi, le brassage interchromosomique augmente la diversité des gamètes d'un hétérozygote.
La diversité des gamètes offre une diversité d'individus par la fécondation
Au cours de la fécondation, un gamète mâle fusionne avec un gamète femelle pour former un zygote et restaurer la diploïdie. Dans le croisement-test, comme P2 est hétérozygote récessif, le phénotype des drosophiles de la génération F2 reflète les gamètes créés par les F1. Ainsi, après fécondation, on obtient les cellules-oeufs suivantes :
La fécondation n'a pas ici amplifiée la diversité car un seul parent était hybride mais on peut imaginer que si l'on avait croisé F1 avec une autre drosophile F1 ou si l'on avait étudié plus de chromosomes, la diversité aurait été augmentée. Tous les zygotes sont équiprobables à 25% chacun car le brassage interchromosomique est un phénomène aléatoire, comme le montre l'échiquier de croisement.
Conclusion
La reproduction sexuée aboutit donc à la diversité génétique grâce au brassage interchromosomique, puis de la fécondation qui rétablit la diploïdie. Mais au cours de la méiose, des échanges de fragments de chromatides se produisent entre chromosomes homologues: c'est le brassage intrachromosomique, qui augmente davantage la diversité génétique. Par ailleurs, d'autres mécanismes non liés à la reproduction sexuée permettent de diversifier le génome, comme les transferts horizontaux.
