Chapitre 11: L’origine du génotype des individus

Deux couples de parents, en haut; leurs enfants, en bas: qui est de qui ? (D’après Biologie de Campbell,3e édition, p246)

« Qui fait un œuf, fait du neuf ! »

André Langaney, généticien français.

Ce cours doit vous permettre de comprendre comment la reproduction sexuée forme des génomes uniques tout en contribuant à la diversification du vivant.

Voici les mots que vous devrez savoir utiliser à l’issue de ce cours:

  • clone;
  • brassage génétique;
  • brassage interchromosomique
  • brassage intrachromosomique
  • crossing-over au cours de la méiose;
  • diversité des gamètes;
  • stabilité des caryotypes;
  • distinction reproduction et sexualité;
  • diversification génomique.

Plan du cours:

1-Le brassage des génomes à chaque génération: la reproduction sexuée des eucaryotes

  • La fécondation entre gamètes haploïdes rassemble, dans une même cellule diploïde, deux génomes d’origine indépendante apportant chacun un lot d’allèles.
  • Chaque paire d’allèles résultant est constituée soit de deux allèles identiques et on parle d’homozygote, soit de deux allèles différents et on parle d’hétérozygote.
  • En fin de méiose, chaque cellule produite reçoit un seul des deux allèles de chaque paire avec une probabilité équivalente. C’est la loi de ségrégation des allèles découverte par un moine autrichien, tout seul dans son monastère, Gregor Mendel. Ses résultats confirment les prédictions de Charles Darwin sur l’existence d’un support physique de l’hérédité, les chromosomes, qui seront découverts un peu plus tard.
  • Pour deux paires d’allèles, quatre combinaisons d’allèles sont possibles, et si elles sont équiprobables (soit 4×25%), on en déduira que les gènes sont portés par des chromosomes différents et on parlera de brassage interchromosomique.
  • Si les 4 combinaisons ne sont pas équiprobables (environ 2×45% et 2×5%), on en déduira que les gènes sont portés par le même chromosome et qu’il y a eu un brassage intrachromosomique au cours de la méiose, par échange de bouts de chromatides.
  • Ces échanges sont qualifiés de Crossing-over.
  • Plus le nombre de gènes à l’état hétérozygote est grand chez les parents plus le nombre de combinaisons génétiques possibles dans les gamètes.
  • Autrement dit, la diversité génétique des gamètes est infinie, ce qui explique que chaque individu soit unique en son genre.

2-Comprendre les résultats de la reproduction sexuée: principes de base de la génétique

  • L’analyse génétique peut se fonder sur l’étude de la transmission héréditaire des caractères observables (phénotype) dans des croisements issus le plus souvent de lignées pures (homozygotes) et ne différant que par un nombre limité de caractères.
  • Dans le cas de l’espèce humaine, l’identification des allèles portés par un individu s’appuie d’abord sur une étude au sein de la famille, en appliquant les principes de transmission héréditaire des caractères.
  • Le développement des techniques de séquençage de l’ADN et les progrès de la bio-informatique donnent directement accès au génotype de chaque individu comme à ceux de ces ascendants et descendants.
  • L’utilisation de bases de données informatisées permet d’identifier des associations entre certains gènes mutés et certains phénotypes.

3-Les accidents génétiques de la méiose

  • Des anomalies peuvent survenir au cours de la méiose: crossing-over inégal; migrations anormales de chromatides au cours des divisions de méiose…
  • Ces accidents, souvent létaux, engendrent parfois une diversification importante des génomes et jouent un rôle essentiel dans l’évolution biologique (familles multigéniques, barrières entre populations…).

4-La conservation des génomes: stabilité génétique et évolution clonale

  • En enseignement de spécialité de la classe de première, nous avons appris que la succession de mitoses produit un clone, c’est-à-dire un ensemble de cellules, toutes génétiquement identiques, aux mutations près.
  • Ces clones sont constitués de cellules séparées comme c’est le cas des nombreuses bactéries ou de nos cellules sanguines, ou associées de façon stable comme nos tissus solides.
  • En l’absence d’échanges génétiques avec l’extérieur, la diversité génétique dans un clone résulte de l’accumulation de mutations successives dans les différentes cellules.
  • Tout accident génétique irréversible, perte d’un gène ou mutation affectant son taux d’expression, devient pérenne pour toute la lignée qui dérive du mutant.

Conclusion:

Les êtres vivants sont des exemplaires uniques, résultats des brassages des allèles qui se produisent lors de la méiose et de la fécondation. Bien sûr, il faut qu’il existe des allèles! Ceux-ci sont le résultat de mutations survenues lors de la réplication des cellules. Ces mutations devaient entrainer un avantage sélectif pour l’individu. Du coup, elle se sont données de génération en génération. La reproduction sexuée est le mécanisme, parce qu’ils le plus représenté chez les plantes et les animaux, cela signifie que celui-ci confère bien des avantages évolutifs. En effet, la diversité allélique permet dans une population de survivre à un brusque changement d’environnement par la sélection d’individus naturellement résistants au changement apparu, parce qu’il existe une infinie variété de combinaisons alléliques. C’est malheureusement ce que nous vivons avec le Covid-19. Un changement brusque de notre environnement avec l’apparition d’un virus inconnu. Certains meurent, d’autres sont asymptomatiques. La différence? La composition allélique différente des deux génomes. Ainsi, la reproduction sexuée garantit l’émergence de nouveaux génomes chez les êtres vivants, en tolérant des erreurs qui peuvent devenir des innovations au sein d’espèces vivantes, de plus en plus complexes à l’échelle des temps géologiques.

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Documents sur le brassage des génomes :

Fiche TP: Gènes liés ou gènes indépendants ?

Exercices d’entrainement:

2e_partie_exo_1_metropole_2013_droso_

2e_partie_exo_1_polynesie_2013_Brassage_souris

 Exercice_Brassage_tomates

Documents sur le clonage et les mutations :

https://www.techno-science.net/actualite/vitesse-mutation-adn-humain-N9255.html

L’article publié dans Nature Genetics :

Conrad_et_al_2011_Nature_Genetics

Documents sur la génétique humaine:

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https://www.ncbi.nlm.nih.gov/

Documents sur les accidents lors de la méiose:

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