Exercice 1 - Deuxième proposition · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Mayotte-Liban 2022 (jour 2)

Expliquer comment les divisions cellulaires participent à la diversité génétique des êtres vivants.

Réponse : Introduction : - La mitose est une division conforme : une cellule mère diploïde donne 2 cellules filles en principe génétiquement identiques. - La méiose est une succession de deux divisions (réductionnelle puis équationnelle) : une cellule diploïde (2n) donne 4 cellules haploïdes (n), chacune génétiquement originale. - Problématique : comment ces deux types de divisions contribuent-ils à la diversité génétique des êtres vivants ? I. La mitose : source de diversité par les mutations - Document : on observe la prophase (chromatine condensée dans le noyau), la métaphase (chromosomes alignés sur le plan équatorial), l'anaphase (migration des chromatides sœurs vers les pôles) et la télophase (deux lots de chromosomes). Chaque cellule fille reçoit une chromatide de chaque chromosome. - La mitose est précédée de la réplication semi-conservative de l'ADN (phase S). Malgré les systèmes de correction, des erreurs subsistent (environ 10^-9 à 10^-10 par nucléotide) ; elles sont parfois favorisées par des agents mutagènes (UV, rayons X, substances chimiques). - Une mutation non réparée est transmise à toutes les cellules issues de la cellule mutée par mitoses successives. Il se forme alors un clone cellulaire muté. - Conséquences de ces mutations : - Dans les cellules somatiques, elles produisent une diversité au sein de l'individu (mosaïque, cancers), mais ne sont pas transmises à la descendance. - Chez les organismes à reproduction asexuée (bactéries, levures, boutures), elles diversifient les lignées. - Dans les cellules de la lignée germinale, qui se multiplient par mitoses, elles peuvent être transmises à la descendance. Elles créent de nouveaux allèles, à l'origine de la diversité allélique des populations. II. La méiose : brassage des allèles et formation de gamètes tous différents - Document : on observe la prophase I (appariement des homologues), la métaphase I (bivalents sur le plan équatorial), la télophase I (deux noyaux), l'anaphase II et la fin de méiose II (4 cellules, une tétrade). - Brassage intrachromosomique en prophase I : - Les chromosomes homologues s'apparient ; des chiasmas se forment. - Des crossing-over échangent des portions de chromatides non sœurs. - Il en résulte de nouvelles associations d'allèles pour des gènes liés (chromatides recombinées). - Exemple : les croisements-tests chez la drosophile donnent des phénotypes recombinés en faible proportion. - Brassage interchromosomique en anaphase I : - Chaque paire d'homologues est orientée au hasard en métaphase I, puis ses chromosomes se séparent indépendamment des autres paires. - On obtient 2^n combinaisons possibles (2^23, soit environ 8 millions, chez l'Homme), sans compter les crossing-over. - Exemple : un test-cross avec deux gènes indépendants donne 4 phénotypes équiprobables (25 % chacun). - La méiose II sépare les chromatides sœurs, qui ne sont plus identiques après crossing-over. Chaque gamète est donc unique. - Lors de la fécondation, la rencontre au hasard des gamètes multiplie encore les combinaisons (2^n × 2^n au minimum) : chaque individu issu de la reproduction sexuée est génétiquement unique. III. Anomalies de la méiose - Une mauvaise séparation des chromosomes en anaphase I ou II (non-disjonction) produit des gamètes anormaux. Exemple : trisomie 21. - Des crossing-over inégaux peuvent dupliquer des gènes, à l'origine de familles multigéniques. Exemple : les gènes des globines. - Ces anomalies sont aussi des sources de diversité et d'évolution des génomes. Conclusion : - Les mutations survenant lors de la réplication précédant la mitose créent de nouveaux allèles. Elles produisent une diversité au sein de l'individu et, si elles touchent la lignée germinale, une diversité héréditaire. - La méiose, grâce aux brassages intra- et interchromosomiques, renouvelle à chaque génération les combinaisons de ces allèles. La fécondation amplifie ensuite cette diversité. - Les anomalies de méiose contribuent à l'évolution des génomes. - Ensemble, ces divisions cellulaires fournissent la diversité génétique sur laquelle agissent la sélection naturelle et la dérive génétique, moteurs de l'évolution.