Reproduction sexuée : méiose, brassages et fécondation

1. a)Introduction : la méiose produit, à partir d’une cellule diploïde, quatre cellules haploïdes ; chaque gamète reçoit un seul allèle de chaque paire. Gènes indépendants (A//a ; B//b) : en métaphase I, chaque paire d’homologues s’oriente au hasard, indépendamment de l’autre ; en anaphase I, les homologues se séparent : deux dispositions équiprobables, d’où quatre gamètes (A ; B), (A ; b), (a ; B), (a ; b), un quart chacun. C’est le brassage interchromosomique. Schéma : les deux dispositions des deux paires. Gènes liés (A B // a b) : sans échange, seuls les gamètes parentaux (A B) et (a b) sont formés ; en prophase I, un crossing-over entre deux chromatides non sœurs, entre les deux loci, produit les chromatides recombinées (A b) et (a B) : c’est le brassage intrachromosomique. Les recombinés sont minoritaires (moins de 50 %), car ce crossing-over n’a pas lieu à chaque méiose et n’engage que deux chromatides sur quatre. Schéma : bivalent à quatre chromatides, chiasma, chromatides obtenues. Conclusion : les deux brassages se combinent, la diversité des gamètes est potentiellement infinie. (3)
2. b)Conservation du caryotype : la méiose réduit de moitié le nombre de chromosomes (2n → n) en séparant les homologues ; la fécondation unit deux gamètes haploïdes (n + n → 2n) : le caryotype de l’espèce se retrouve à chaque génération. Génotype unique : chaque gamète est l’une des innombrables combinaisons créées par les brassages inter- et intrachromosomiques ; la fécondation réunit au hasard un gamète de chaque parent, deux génomes d’origine indépendante : la cellule-œuf reçoit une combinaison d’allèles nouvelle (sans nouvel allèle : ceux-ci viennent des mutations). Accident : une non-disjonction (homologues non séparés en anaphase I ou chromatides sœurs en anaphase II) donne des gamètes à n + 1 et n − 1 chromosomes ; avec un gamète normal, cellule-œuf trisomique (trisomie 21 : 47 chromosomes) ou monosomique (45,X). Schéma : non-disjonction d’une paire et gamètes obtenus. Conclusion : la reproduction sexuée stabilise le caryotype et renouvelle les combinaisons d’allèles, en tolérant des erreurs. (3)

Piège — Placer le brassage interchromosomique en prophase I ou le crossing-over en anaphase I : interchromosomique = anaphase I, intrachromosomique = prophase I.

1. a)La F1 est croisée avec un homozygote récessif (l b // l b), qui ne fournit que des gamètes (l b) : ils ne masquent rien. Le phénotype de chaque descendant révèle le gamète produit par la F1, et les proportions des phénotypes sont celles de ses gamètes : c’est un croisement test. (1,5)
2. b)Total : 214 + 209 + 36 + 41 = 500. Des gènes indépendants donneraient quatre classes d’environ 25 %. Ici, [longs, bruns] + [courts, clairs] = 423, soit ${\displaystyle \frac{423}{500}}=84,6\%$ : deux classes, celles des parents de la F1, sont largement majoritaires. Les gènes sont liés. (1,5)
3. c)Recombinés [longs, clairs] et [courts, bruns] : ${\displaystyle \frac{36+41}{500}}={\displaystyle \frac{77}{500}}=$ 15,4 %. (1,5)
4. d)La F1 s’écrit (L B // l b). En prophase I, dans une partie des méioses, un crossing-over entre deux chromatides non sœurs, entre les deux loci, forme les chromatides recombinées (L b) et (l B). Fécondés par les gamètes (l b), ces gamètes donnent [longs, clairs] et [courts, bruns], minoritaires, car ce crossing-over n’a pas lieu à chaque méiose et n’engage que deux chromatides sur quatre. Schéma : bivalent avant et après l’échange. (1,5)

Méthode — Pourcentage de recombinés = somme des deux classes aux associations nouvelles ÷ total ; moins de 50 % : gènes liés.

1. a)Séquences nettement ressemblantes (de 40 à 96 % d’identité) et même fonction (pigments visuels) : les quatre gènes dérivent d’un même gène ancestral par duplications puis mutations, ils forment une famille multigénique. Après une duplication, chaque copie accumule ses propres mutations : plus l’identité est forte, plus la duplication est récente. L et M (96 %), encore voisins sur le X, sont issus de la duplication la plus récente. (2)
2. b)L et M, presque identiques et placés l’un derrière l’autre, peuvent s’apparier avec un décalage en prophase I : le gène L d’un X face au gène M de l’autre. Un crossing-over entre chromatides non sœurs échange alors des portions de longueurs différentes : une chromatide perd le gène M (délétion), l’autre en reçoit deux copies (duplication). Schéma : deux X décalés, point d’échange, chromatides L seul et L-M-M. (2)
3. c)Le gène est porté par le X, et l’allèle anormal est récessif. Un homme (XY) n’a qu’un X : s’il reçoit un X anormal de sa mère, aucun autre X ne compense, il est atteint. Une femme a deux X : le plus souvent, le second est normal et elle n’est que conductrice. (2)
4. d)Une femme n’est atteinte que si ses deux X portent l’anomalie : $0,08\times 0,08=0,0064$, soit 0,64 %, du même ordre que les 0,5 % observés. Chez les hommes, un seul X suffit : 8 %. Ce rapport d’environ 1 sur 12 pour les hommes contre 1 sur 160 à 200 pour les femmes est la marque d’un allèle récessif lié à l’X. (2)

Méthode — Pour un allèle récessif lié à l’X de fréquence q : hommes atteints ≈ q, femmes atteintes ≈ q × q.