Exercice 1 - Deuxième proposition · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Amérique du Nord 2022 (jour 2)

Expliquer l'origine de la diversité génétique des cellules issues des divisions cellulaires.

Réponse : Introduction - Définition du clone cellulaire (ensemble de cellules génétiquement identiques issues de mitoses successives à partir d'une cellule initiale) et de la méiose (succession de deux divisions cellulaires réduisant le nombre de chromosomes par deux et aboutissant à 4 gamètes haploïdes). - Problématique : Comment les mécanismes moléculaires et chromosomiques intervenant lors de la mitose et de la méiose permettent-ils de générer de la diversité génétique ? - Annonce du plan : 1) La diversification au cours des mitoses au sein d'un clone cellulaire par mutation ; 2) La diversification au cours de la méiose par les brassages chromosomiques. I. L'origine de la diversité génétique au sein des clones cellulaires (mitose) 1. *La réplication et les erreurs spontanées :* - Avant chaque mitose, l'ADN est répliqué de façon semi-conservative pendant la phase S. - L'ADN polymérase peut commettre des erreurs d'appariement des nucléotides (taux spontané d'environ $10^{-5}$ à $10^{-6}$). - Des systèmes enzymatiques de réparation corrigent la majorité des erreurs, mais certaines persistent (taux résiduel de mutation de l'ordre de $10^{-9}$ nucléotide par division). 2. *Impact sur le clone :* - Une mutation non réparée devient définitive et est transmise à l'ensemble des cellules descendantes de cette lignée lors de la mitose. - Cela engendre des sous-clones génétiquement distincts au sein du clone initial (mosaïcisme somatique ou variabilité dans une tumeur cancéreuse). II. L'origine de la diversité génétique lors de la méiose 1. *Le brassage intrachromosomique en prophase I :* - Les chromosomes homologues s'apparient en bivalents (tétrades). - Des crossing-over (enjambements au niveau des chiasmas) peuvent avoir lieu entre chromatides non-sœurs. - Échange d'allèles entre chromatides homologues créant de nouvelles combinaisons alléliques pour des gènes liés. 2. *Le brassage interchromosomique en anaphase I :* - Séparation aléatoire et indépendante des paires de chromosomes homologues de part et d'autre de la plaque équatoriale. - Pour $n$ paires de chromosomes, il existe $2^n$ arrangements chromosomiques possibles dans les cellules filles ($2^{23} \approx 8{,}4 \times 10^6$ chez l'espèce humaine). 3. *Division équationnelle (méiose II) :* - Séparation des chromatides sœurs (qui ne sont plus identiques si un crossing-over s'est produit), aboutissant à 4 gamètes génétiquement uniques. Conclusion - Bilan : La mitose maintient globalement la conformité génétique mais est ponctuée de mutations sources de sous-clones. La méiose est un mécanisme intrinsèque de diversification grâce à l'association des brassages intra- et interchromosomiques. - Ouverture : La fécondation vient amplifier de manière exponentielle cette diversité par la rencontre aléatoire de deux gamètes uniques.