Reproduction asexuée : stabilité génétique et évolution clonale

Écris S (clone de cellules séparées), A (clone de cellules associées de façon stable) ou N (ce n’est pas un clone).

1. Les amibes d’une culture née d’une seule amibe →
   S : une seule cellule d’origine, des divisions, et des cellules qui restent indépendantes.
2. Les cellules d’un même petit îlot du foie, toutes nées d’une même cellule →
   A : un tissu solide, aux cellules soudées entre elles.
3. Les paramécies d’un aquarium, toutes nées des divisions d’une seule paramécie →
   S : des êtres unicellulaires qui nagent chacun de leur côté.
4. Les spermatozoïdes produits par un homme →
   N : ils sont issus de méioses, et chacun reçoit une combinaison d’allèles différente.
5. Les cellules d’un petit nodule de la thyroïde, toutes nées d’une seule cellule →
   A : une seule cellule d’origine, des cellules soudées dans un tissu solide.
6. Les bactéries d’un yaourt ensemencé avec un mélange de plusieurs souches →
   N : plusieurs cellules d’origine, donc plusieurs clones mélangés.

Calcule le nombre de divisions ou de cellules (chaque division remplace une cellule par deux).

1. De 1 cellule à 1 000 cellules, sans mort cellulaire : divisions
   Chaque division ajoute une cellule : $1000-1=$ 999 divisions.
2. De 1 cellule à 2 500 cellules, sans mort cellulaire : divisions
   Chaque division ajoute une cellule : $2500-1=$ 2 499 divisions, que les cellules se divisent ensemble ou non.
3. Un clone dont toutes les cellules se divisent ensemble, après 15 générations, à partir d’une cellule : cellules
   $2^{15}=$ 32 768 cellules.
4. Un clone synchrone, né d’une cellule, passe de la génération 11 à la génération 12 : divisions pendant ce seul passage
   À la génération 11, le clone compte $2^{11}=$ 2 048 cellules ; chacune se divise une fois : 2 048 divisions, et le clone passe à 4 096 cellules.
5. De 1 cellule à 5 000 cellules, alors que 1 000 cellules sont mortes en route : divisions
   Cellules finales = 1 + divisions − mortes, donc divisions = $5000-1+1000=$ 5 999.
6. Une lignée passe de 200 cellules à 1 400 000 cellules, sans mort cellulaire : divisions
   Chaque division ajoute une cellule : $1400000-200=$ 1 399 800 divisions.
7. Nombre de générations synchrones nécessaires pour dépasser un million de cellules à partir d’une seule :
   $2^{19}=524288$ ne suffit pas ; $2^{20}=1048576$ : 20 générations.
8. Un clone né d’une cellule a demandé 74 999 divisions, sans mort cellulaire : il compte cellules
   Chaque division ajoute une cellule à la cellule de départ : $1+74999=$ 75 000 cellules.

Raisonne, puis complète.

1. Une cellule de la peau du bras et une cellule de la peau du dos d’une même personne ont le même génome, à quelques mutations près : elles appartiennent au clone issu de la .
   De la cellule-œuf : tout l’organisme en descend par mitoses.
2. Un clone synchrone, né d’une cellule, grandit pendant 12 générations ; ensuite, 1 500 de ses cellules meurent et chacune est remplacée par la division d’une voisine. Nombre total de divisions : ; nombre de cellules à la fin :
   12 générations : $2^{12}=$ 4 096 cellules, mais $4096-1=4095$ divisions (et non 12). Chaque cellule morte remplacée coûte une division de plus sans changer l’effectif : $4095+1500=$ 5 595 divisions, et toujours 4 096 cellules.
3. Une colonie de ${10}^8$ bactéries, née de 50 bactéries déposées ensemble, n’est pas un clone : elle en contient au plus .
   Au plus 50 clones, un par bactérie de départ (moins si certaines n’ont pas de descendance).
4. On greffe une seule cellule souche de la moelle à une souris dont la moelle a été détruite par irradiation. Des mois plus tard, ses globules rouges, ses plaquettes et ses lymphocytes, d’aspect et de fonction très différents, descendent tous de cette cellule : ils forment clone(s).
   Un seul clone : une seule cellule d’origine et des mitoses. Ces cellules n’expriment pas les mêmes gènes, mais elles ont le même génome, aux mutations près.

Calcule le nombre de mutations attendu (valeurs choisies pour l’exercice).

1. $4\times {10}^6$ divisions, 3 mutations par division : × 10⁷ mutations
   $4\times {10}^6\times 3=12\times {10}^6=$ $1,2\times {10}^7$.
2. $7\times {10}^9$ divisions, taux de mutation d’un gène de $3\times {10}^{-10}$ par division : mutations de ce gène (au dixième)
   $7\times 3\times {10}^{9-10}=21\times {10}^{-1}=$ 2,1.
3. $8\times {10}^7$ divisions de bactéries, 0,5 mutation par division : × 10⁷ mutations
   $8\times {10}^7\times 0,5=$ $4\times {10}^7$.
4. Un tissu de $3\times {10}^8$ cellules né d’une seule ; taux d’un gène $5\times {10}^{-10}$ par division : mutation de ce gène (au centième)
   $3\times 5\times {10}^{8-10}=15\times {10}^{-2}=$ 0,15 : le plus souvent, aucune mutation de ce gène dans ce tissu.
5. $6\times {10}^8$ divisions, taux d’un gène $1,5\times {10}^{-8}$ par division : mutations de ce gène
   $6\times 1,5\times {10}^{8-8}=$ 9.
6. Nombre de divisions nécessaires pour attendre une mutation d’un gène dont le taux vaut $8\times {10}^{-9}$ par division : × 10⁸
   ${\displaystyle \frac{1}{8\times {10}^{-9}}}=0,125\times {10}^9=$ $1,25\times {10}^8$ divisions.
7. Clone A : ${10}^6$ cellules ; clone B : ${10}^9$ cellules ; même taux de mutation. Le clone B porte environ fois plus de mutations au total.
   Divisions proportionnelles au nombre de cellules : ${\displaystyle \frac{{10}^9}{{10}^6}}=$ 1 000 fois plus.
8. $2,5\times {10}^{11}$ divisions, 2 mutations par division : × 10¹¹ mutations
   $2,5\times {10}^{11}\times 2=$ $5\times {10}^{11}$.

Clone dont toutes les cellules se divisent au même rythme, né d’une cellule (génération 0). Calcule.

1. Une mutation apparaît dans une cellule de la génération 1 ; le clone final compte 1 024 cellules : son sous-clone compte cellules
   Génération 1 : ${\displaystyle \frac{1}{2}}$ du clone, $1024÷2=$ 512 cellules.
2. Une mutation apparaît à la génération 4 ; le clone final compte 4 096 cellules : sous-clone de cellules
   ${\displaystyle \frac{4096}{2^4}}={\displaystyle \frac{4096}{16}}=$ 256 cellules.
3. Une mutation apparue à la génération 6 se retrouve dans 1/ du clone
   $2^6=64$ : 1/64 du clone.
4. Un sous-clone représente 1/32 du clone : la mutation est apparue à la génération
   $2^5=32$ : génération 5.
5. m1 apparaît à la génération 2 ; m3 apparaît à la génération 5 dans une cellule qui porte m1. Part du clone qui porte m1 mais pas m3 : /32
   m1 : ${\displaystyle \frac{1}{4}}={\displaystyle \frac{8}{32}}$ ; m1 et m3 : ${\displaystyle \frac{1}{32}}$ ; m1 seule : ${\displaystyle \frac{8-1}{32}}=$ 7/32.

Raisonne sur l’histoire du clone, puis complète.

1. Dans un clone synchrone, la mutation x est dans 25 % des cellules, la mutation y dans 6,25 %, et toute cellule qui porte y porte x. La mutation y est apparue à la génération , dans une cellule qui portait déjà la mutation .
   6,25 % = ${\displaystyle \frac{1}{16}}={\displaystyle \frac{1}{2^4}}$ : génération 4 ; le sous-clone y est inclus dans le sous-clone x, donc y est apparue dans une cellule qui portait x (apparue à la génération 2, ${\displaystyle \frac{1}{4}}$).
2. Avec 3 mutations par cellule et par division, deux cellules d’un clone ancien diffèrent par 120 mutations. Depuis leur dernier ancêtre commun, chacune de leurs deux lignées a connu divisions (valeurs choisies).
   Chaque lignée accumule ses propres mutations : les deux lignées réunies ont connu $120÷3=40$ divisions, soit $40÷2=$ 20 divisions par lignée.
3. Dans un clone synchrone, la mutation x est dans 50 % des cellules, la mutation z dans 25 %, et aucune cellule ne porte les deux. La mutation z est apparue à la génération .
   x touche une moitié du clone (génération 1) ; z, absente de cette moitié, est apparue dans l’autre lignée de la génération 1, à la génération 2 : ${\displaystyle \frac{1}{2^2}}=25\%$.

Écris R (en théorie réversible par une nouvelle mutation au même site) ou I (irréversible : rien ne peut le refaire dans ce clone).

1. Remplacement d’un C par un T dans un gène →
   R : une nouvelle substitution au même site, très improbable, pourrait rétablir le C.
2. Délétion de tout un gène →
   I : la séquence a disparu, aucune copie ne reste à recopier.
3. Perte d’un chromosome entier lors d’une mitose anormale →
   I : les gènes de ce chromosome n’existent plus dans la cellule (seuls restent ceux de l’homologue).
4. Délétion d’un fragment de 80 000 paires de bases contenant trois gènes →
   I : trois gènes perdus d’un coup.
5. Substitution qui transforme un codon en codon stop →
   R : c’est encore une substitution, qu’une autre substitution au même site pourrait effacer.

Notation (allèle//allèle) ; « − » = fragment perdu ; les allèles en majuscule sont dominants. Complète.

1. Une cellule (D//d) perd le fragment qui porte D : son génotype devient (−//).
   (−//d) : seul reste l’allèle d.
2. Le phénotype de son sous-clone est alors [].
   [d] : l’allèle récessif n’est plus masqué, c’est une perte d’hétérozygotie.
3. Une cellule (E//e) perd le fragment qui porte e : le phénotype de son sous-clone est [].
   [E] : l’allèle dominant reste, rien ne change à l’observation, alors que le génotype a changé.
4. Un clone synchrone de $2^{16}$ = 65 536 cellules ; une cellule (G//g) perd G à la génération 3 : cellules sont (−//g).
   ${\displaystyle \frac{65536}{2^3}}=$ 8 192 cellules, toutes sans G.
5. Un clone de ${10}^8$ cellules (H//h) contient un sous-clone (−//h) de $2\times {10}^6$ cellules : il en représente %.
   ${\displaystyle \frac{2\times {10}^6}{{10}^8}}=0,02$, soit 2 %.

Raisonne, puis complète.

1. Sur un pommier greffé, une branche porte des fruits d’une autre couleur ; les greffons pris sur cette branche donnent tous des arbres à ces fruits. La nouvelle variété est le issu de la cellule du bourgeon où l’accident s’est produit.
   Le sous-clone issu de cette cellule : la greffe le multiplie, et l’accident suit dans tous les arbres.
2. Une bactérie qui a perdu un plasmide peut en recevoir un autre exemplaire d’une bactérie voisine : la perte n’est pérenne que si la lignée reste sans génétique avec l’extérieur.
   Sans échange génétique : c’est l’isolement du clone qui rend la perte définitive.
3. Un élève : « un gène perdu finit par revenir, puisque les mitoses recopient le génome ». Mais les mitoses recopient le génome de la cellule , qui ne contient plus ce gène.
   De la cellule mutée : la copie est fidèle à un génome qui a perdu le gène, donc toute la descendance en est privée.
4. Un clone synchrone de $2^{14}$ = 16 384 cellules (A//a), A dominant. À la génération 4, une cellule perd le fragment qui porte A ; à la génération 6, une cellule d’une autre lignée perd celui qui porte a. À la fin, cellules de phénotype [a] : ; cellules de phénotype [A] :
   Perte de A à la génération 4 : ${\displaystyle \frac{16384}{2^4}}=$ 1 024 cellules (−//a), de phénotype [a]. La perte de a (génération 6, ${\displaystyle \frac{16384}{2^6}}=256$ cellules (A//−)) ne change pas le phénotype : [A]. Donc $16384-1024=$ 15 360 cellules [A].
5. Une bactérie perd par délétion le gène de la protéine de surface par laquelle un virus s’accroche à elle : en présence de ce virus, cette perte irréversible est pour son sous-clone.
   Avantageuse : le virus ne peut plus infecter ce sous-clone. Irréversible ne veut pas dire défavorable : tout dépend du milieu.

Complète avec le mot exact.

1. Le petit chromosome anormal des cellules de la leucémie myéloïde chronique est le chromosome .
   Le chromosome Philadelphie, décrit en 1960 par deux chercheurs de cette ville.
2. La translocation entre les chromosomes 9 et 22 crée le gène de fusion .
   BCR-ABL, dont la protéine est bloquée par l’imatinib.
3. Les descendants d’un même lymphocyte B produisent tous un seul .
   Un seul anticorps, avec une seule sorte de chaîne légère.
4. Une population de lymphocytes B formée d’innombrables clones différents est dite .
   Polyclonale, par opposition à la population monoclonale d’un lymphome.
5. Le modèle de l’évolution clonale des tumeurs a été proposé en 1976 par Peter .
   Peter Nowell, Science, 1976.

Lymphocytes B de trois ganglions (valeurs choisies). Calcule, puis écris N (population normale, faite d’innombrables clones) ou C (un clone qui prolifère).

1. Ganglion A : 940 cellules κ et 60 cellules λ. Rapport κ/λ (à l’unité) :
   $940÷60\approx 15,7$, soit 16 : très loin du rapport normal, proche de 2.
2. Ganglion A →
   C : la chaîne κ domine écrasamment, un clone prolifère.
3. Ganglion B : 880 cellules κ et 550 cellules λ. Rapport κ/λ (au dixième) :
   $880÷550=$ 1,6.
4. Ganglion B →
   N : un rapport proche de 2, les deux chaînes sont bien représentées.
5. Ganglion C : sur 1 000 lymphocytes B, 20 portent la chaîne κ. Part des cellules λ : %
   ${\displaystyle \frac{1000-20}{1000}}=$ 98 % de cellules λ.
6. Ganglion C →
   C : presque toutes les cellules ont la même chaîne légère λ.

Raisonne, puis complète.

1. Dans une tumeur, le sous-clone qui porte la mutation v passe de 30 % à 95 % des cellules après un traitement : le traitement a ce sous-clone.
   Il l’a sélectionné : les cellules sans v ont été tuées, celles qui portent v ont continué à se diviser.
2. Un ganglion contient 900 lymphocytes B : 300 appartiennent à un clone de lymphome à chaîne κ ; les 600 autres forment une population normale, avec deux cellules κ pour une λ. Rapport κ/λ du ganglion : (au dixième)
   Population normale : $600\times {\displaystyle \frac{2}{3}}=400$ κ et 200 λ. Ganglion : ${\displaystyle \frac{300+400}{200}}=$ 3,5 : un seul clone, minoritaire, suffit à déséquilibrer le rapport.
3. Une tumeur opérée récidive deux ans plus tard ; la récidive porte la même mutation rare que la première tumeur, absente des cellules saines : elle vient du même .
   Du même clone : une mutation rare partagée n’a pu apparaître qu’une fois, dans une cellule ancêtre commune ; des cellules de la tumeur avaient survécu à l’opération.

Écris R (reproduction sans sexualité), S (sexualité sans reproduction) ou RS (reproduction sexuée).

1. Une levure forme un bourgeon qui se détache et devient une nouvelle levure →
   R : un individu en plus, un seul parent.
2. Deux levures haploïdes de types sexuels opposés fusionnent en une seule cellule diploïde →
   S : deux génomes réunis, et une cellule en moins, pas en plus.
3. Une femelle de phasme élevée sans mâle pond des œufs qui donnent des femelles →
   R : parthénogenèse, des individus en plus sans fécondation.
4. Un gland issu de la fécondation d’un ovule de chêne par un grain de pollen germe →
   RS : méiose et fécondation réunissent deux génomes, et un individu nouveau apparaît.
5. Une planaire, petit ver plat, coupée en deux, reconstitue deux individus →
   R : fragmentation, deux clones.
6. Un virus apporte dans une bactérie un gène pris dans la bactérie qu’il a infectée avant, sans que les bactéries se multiplient →
   S : un gène d’une autre origine, aucun individu en plus.
7. Un embryon humain issu de la rencontre d’un ovocyte et d’un spermatozoïde →
   RS : reproduction et sexualité à la fois.

Écris C (clones de la cellule ou de l’individu d’origine) ou P (pas des clones).

1. Les deux cellules nées de la division d’une bactérie →
   C : une mitose, ou plutôt une division bactérienne, après une réplication.
2. Les spores haploïdes produites par méiose chez une levure diploïde →
   P : la méiose donne des combinaisons d’allèles différentes.
3. Les graines d’un pommier dont les fleurs ont reçu le pollen d’un autre pommier →
   P : issues de fécondations, elles réunissent deux génomes.
4. Les jeunes daphnies qu’une femelle produit en été à partir d’ovules formés sans méiose et non fécondés, et cette femelle →
   C : des ovules formés sans méiose ont le génome de la mère ; ses petits sont ses clones, aux mutations près (au contraire d’une parthénogenèse qui double un seul lot de chromosomes).
5. Les lymphocytes nés de la multiplication d’un lymphocyte B activé →
   C : un clone de cellules, qui produisent toutes le même anticorps.

Raisonne, puis complète.

1. Deux paramécies se conjuguent puis se séparent ; ensuite, chacune se divise trois fois de suite, ses cellules filles aussi. Nombre de paramécies à la fin : ; nombre de paramécies ajoutées par la conjugaison :
   $2\times 2^3=$ 16 paramécies, toutes dues aux divisions (reproduction). La conjugaison n’en a ajouté aucune (0) : c’est une sexualité sans reproduction.
2. Population asexuée : ${10}^4$ femelles pondent chacune 400 œufs. Population sexuée : ${10}^4$ adultes, moitié femelles, qui pondent aussi 400 œufs chacune. La population sexuée a fois moins de descendants.
   Asexuée : $10000\times 400=4000000$ œufs ; sexuée : 5 000 femelles seulement, et $5000\times 400=2000000$ œufs : 2 fois moins, car les mâles ne pondent pas.
3. Une parthénogenèse qui double un seul lot de chromosomes de la mère donne des petits homozygotes pour tous leurs gènes : ce ne sont pas des clones de leur mère si elle était .
   Hétérozygote : elle porte deux allèles différents de certains gènes, ses petits n’en ont qu’un, en double.