Diversité génétique : du brassage à la biodiversité

Des individus tous différents ; brassage à la méiose (paires séparées au hasard, crossing-over) et à la fécondation ; tableau de croisement et arbre généalogique ; diversité génétique d’une population ; de la diversité génétique à la biodiversité.

À propos de cette page

Cinq problèmes à partir de documents : les pois lisses et ridés de Mendel, une famille touchée par la maladie de Huntington, la panthère de Floride sauvée par des pumas du Texas, la grande famine d’Irlande et ses pommes de terre clonées, et un croisement de plantes pour deux gènes à la fois.

5 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Je lis chaque document : l’espèce, le caractère étudié, les allèles et leur notation, ce qui est dominant ou récessif, les effectifs et les dates.
J’écris les génotypes sûrs avant les génotypes possibles : les homozygotes récessifs, puis les parents et les enfants de ceux-ci.
Je calcule : sortes de gamètes, tableau de croisement, probabilité, pourcentage ou rapport, avec l’arrondi demandé.
J’explique avec le cours : brassage, homozygote ou hétérozygote, porteur sain, consanguinité, clones, diversité génétique.
Je conclus avec le mot exact, sans dépasser les documents : une probabilité n’est pas une certitude.

Problème 1 · Les pois de Mendel★★★Facile

Document 1 — Le protocole. Dans le jardin de son monastère de Brno, le moine Gregor Mendel croise des pois d’une lignée pure à graines lisses avec des pois d’une lignée pure à graines ridées. Une lignée pure est homozygote pour le gène étudié. Toutes les graines de la première génération sont lisses. Mendel laisse ensuite les plantes nées de ces graines se féconder elles-mêmes, comme le font naturellement les pois.

Document 2 — Les résultats, publiés en 1866. Dans la deuxième génération, Mendel compte 5 474 graines lisses et 1 850 graines ridées.

Document 3 — Notation. On note L l’allèle « lisse » et l l’allèle « ridé ».

1. Toutes les graines de la première génération sont lisses : l’allèle L est .
Les plantes de la première génération ont reçu L d’un parent et l de l’autre, et seul « lisse » se voit : L est dominant.
2. Les plantes de la première génération sont pour ce gène.
Un parent (L ; L) ne donne que L, l’autre (l ; l) que l : elles sont (L ; l), hétérozygotes.
3. Dans la deuxième génération, Mendel compte au total graines.
5 474 + 1 850 = 7 324 graines.
4. Pour ce total, le tableau de croisement des plantes de la première génération, qui prévoit 1 graine ridée sur 4, annonce graines ridées.
7 324 ÷ 4 = 1 831 graines ridées attendues ; Mendel en compte 1 850, très près de la prévision.
5. Mendel observe une part de graines ridées de % (arrondi au dixième), au lieu des 25 % prévus.
1 850 ÷ 7 324 ≈ 0,2526, soit 25,3 % : très proche de 25 %, parce que Mendel a compté des milliers de graines.

Problème 2 · La maladie de Huntington dans une famille★★★Moyen

Document 1 — La maladie. La maladie de Huntington atteint le système nerveux ; ses premiers symptômes apparaissent en général entre 30 et 50 ans. Elle est due à un allèle H, dominant ; l’allèle normal est noté h. On admet ici qu’une personne sans aucun symptôme à 60 ans ne porte pas l’allèle H (en réalité, de rares formes commencent plus tard).

Document 2 — L’arbre généalogique d’une famille. Toutes les personnes des générations I et II ont dépassé 60 ans. III-3 a 24 ans.

1. I-1 est atteint, et l’un de ses enfants ne l’est pas. I-1 est donc pour ce gène.
Atteint, il porte H ; il a transmis un allèle h à son fils non atteint II-2 : il est (H ; h), hétérozygote.
2. II-3 porte exemplaire de l’allèle H.
Atteint, il porte H ; sa mère I-2, non atteinte, est (h ; h) et lui a donné h : il est (H ; h), avec 1 exemplaire.
3. Probabilité que III-3 ait reçu l’allèle H :
Son père II-3 (H ; h) donne H une fois sur deux, sa mère II-4 (h ; h) toujours h : 1/2.
4. III-3 ne montre encore aucun signe, car les symptômes apparaissent en général après ans.
Après 30 ans, le plus souvent entre 30 et 50 : à 24 ans, son phénotype ne dit rien de son génotype.
5. II-2 a des enfants avec une femme non atteinte de plus de 60 ans : la probabilité que l’un d’eux soit atteint est de .
II-2 et sa compagne sont (h ; h) : aucun allèle H à transmettre, probabilité 0. La maladie ne « saute » pas une génération.

Problème 3 · La panthère de Floride sauvée par des pumas du Texas★★★Moyen

Document 1 — Une population en danger. La panthère de Floride est une sous-espèce de puma isolée dans le sud de la Floride (États-Unis). Au début des années 1990, il n’en reste que 20 à 30. Beaucoup ont une queue coudée, un épi de poils sur le dos ou des testicules qui ne sont pas descendus.

Document 2 — Un renfort. En 1995, on relâche en Floride 8 femelles pumas venues du Texas, la population la plus proche, avec laquelle celle de Floride se croisait autrefois. 5 d’entre elles se reproduisent avec des mâles de Floride et donnent au moins 20 petits. Les trois dernières encore en vie sont retirées du milieu naturel en 2003.

Document 3 — Le bilan. Vers 2008, on compte environ 120 panthères de Floride. Queues coudées, épis de poils et testicules non descendus sont devenus plus rares.

1. Peu nombreuses et isolées, les panthères se reproduisaient souvent entre apparentées : c’est la .
La consanguinité, inévitable dans une si petite population isolée.
2. On attribue les défauts du document 1 à des allèles récessifs devenus visibles, car beaucoup de panthères étaient pour ces allèles.
Homozygotes : deux exemplaires de l’allèle récessif, qui n’est plus masqué.
3. Sur les 8 femelles relâchées, la part de celles qui se sont reproduites est de %.
5 ÷ 8 = 0,625, soit 62,5 %.
4. Les femelles du Texas ont surtout apporté à la population de nouveaux .
Des allèles absents en Floride : leurs petits sont plus souvent hétérozygotes.
5. D’environ 25 panthères au début des années 1990 à environ 120 vers 2008, l’effectif a été multiplié par environ (arrondi à l’unité).
120 ÷ 25 = 4,8, soit environ 5.

Problème 4 · La grande famine d’Irlande★★★Difficile

Document 1 — Une culture uniforme. Dans les années 1840, les paysans pauvres d’Irlande se nourrissent surtout de pommes de terre. Ils ne sèment pas de graines : ils plantent des morceaux de tubercules. Ils cultivent très largement une seule variété, très productive, la Lumper.

Document 2 — Le mildiou. En 1845, le mildiou, maladie due à un micro-organisme, Phytophthora infestans, détruit les récoltes ; il revient les années suivantes. De 1845 à 1852, plus d’un million d’Irlandais meurent et environ un million émigrent.

Document 3 — Des graines de pomme de terre. La fleur de pomme de terre, fécondée, donne des fruits à graines. Chaque graine donne une plante différente de ses parents : c’est ainsi que les sélectionneurs créent de nouvelles variétés.

1. Plantés à partir de morceaux de tubercules, les plants de Lumper d’un même champ sont des .
Des clones : reproduction asexuée, sans méiose ni fécondation.
2. Si un plant de Lumper est sensible au mildiou, tous le sont, car ils portent les mêmes .
Les mêmes allèles : la population réagit d’un bloc.
3. Une plante née d’une graine de pomme de terre diffère de ses parents grâce au génétique.
Au brassage : méiose chez chaque parent, puis fécondation au hasard.
4. Des champs plantés de nombreuses variétés différentes auraient eu plus de chances de compter des plants au mildiou.
Plus de diversité génétique, plus de chances que certains plants portent des allèles qui les rendent résistants. (En réalité, en 1845, les autres variétés d’Europe étaient elles aussi très sensibles : toute la pomme de terre européenne, issue de peu de plants venus d’Amérique, manquait de diversité.)
5. Le mildiou n’a pas rendu la Lumper sensible : il a révélé qu’il manquait à cette culture de la diversité .
De la diversité génétique : une seule combinaison d’allèles, répétée sur des millions de plants.

Problème 5 · Deux gènes, quatre sortes de descendants★★★Difficile

Document 1 — Deux gènes d’une plante de jardin (données imaginées). Un gène gouverne la couleur des fleurs : R (rouge) domine r (blanc). Un autre gène, porté par une autre paire de chromosomes, gouverne la taille : H (haute) domine h (naine).

Document 2 — Un croisement. On croise une plante (R ; r) et (H ; h) avec une plante à fleurs blanches et naine, (r ; r) et (h ; h). On obtient 400 descendants.

Descendants	rouges et hauts	rouges et nains	blancs et hauts	blancs et nains
Nombre	102	98	96	104

1. La plante (R ; r) et (H ; h) fabrique sortes de gamètes.
Deux gènes hétérozygotes sur deux paires différentes : 2 × 2 = 4 (R et H, R et h, r et H, r et h).
2. La plante blanche et naine ne fabrique qu’une sorte de gamètes, qui portent r et .
Elle est homozygote pour les deux gènes : tous ses gamètes portent r et h.
3. Le tableau de croisement prévoit, pour chacun des quatre phénotypes, une proportion de .
Quatre cases également probables, une par phénotype : 1/4 chacun.
4. Sur 400 descendants, on attend donc environ plantes de chaque phénotype.
400 ÷ 4 = 100 ; les nombres observés, de 96 à 104, en sont proches.
5. Si les deux gènes étaient sur un même chromosome, l’un portant R et H, l’autre r et h, sans crossing-over on n’obtiendrait que phénotypes.
2 : rouges et hauts, blancs et nains. Les quatre phénotypes en nombres égaux montrent que les deux paires se séparent indépendamment.

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