Brassage génétique — Exercices

Calculs de diversité, croisements, gènes liés et synthèse. Corrigé en fin de fiche.

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1Calculs de diversité gamétique/ 3 pts

Répondre aux questions sur le brassage interchromosomique seul.

Une espèce possède $n = 5$ paires de chromosomes. Combien de types de gamètes génétiquement différents un individu peut-il produire par brassage interchromosomique ?
Chez l'Homme ($n = 23$), exprimer sous la forme $2^k$ le nombre de génotypes théoriquement possibles chez les enfants d'un couple, par brassage interchromosomique seul.
Un individu de génotype $AaBbCc$ est hétérozygote pour trois gènes indépendants. Lister exhaustivement les types de gamètes produits et vérifier leur nombre avec la formule.

2Test-cross dihybride — gènes indépendants/ 5 pts

Chez la drosophile, le gène T contrôle la couleur du corps (gris $T$ dominant sur noir $t$) et le gène V contrôle la forme des ailes (longues $V$ dominant sur vestigiales $v$). Ces deux gènes sont indépendants. On croise une femelle $TtVv$ avec un mâle $ttvv$.

Indiquer les gamètes produits par chaque parent et leur fréquence respective.
Établir l'échiquier de croisement. Indiquer pour chaque case le génotype et le phénotype du descendant, avec sa fréquence.
Ce type de croisement s'appelle un test-cross. Expliquer pourquoi il permet de révéler le génotype d'un individu de phénotype dominant.

3Gènes liés : identifier les recombinés et calculer r/ 5 pts

Chez la drosophile, les gènes A et B sont portés par le même chromosome (gènes liés). Une femelle de génotype $\dfrac{AB}{ab}$ est croisée avec un mâle $\dfrac{ab}{ab}$. On obtient la descendance suivante sur 1 000 individus : 460 de phénotype $[AB]$, 440 de phénotype $[ab]$, 50 de phénotype $[Ab]$ et 50 de phénotype $[aB]$.

Identifier les gamètes parentaux et les gamètes recombinés produits par la femelle. Justifier.
Calculer la fréquence de recombinaison $r$ entre les gènes $A$ et $B$. Exprimer le résultat en pourcentage.
Donner la distance génétique entre $A$ et $B$ en centimorgans. Interpréter biologiquement ce résultat en précisant ce qui s'est produit en prophase I.

4Rôle de la fécondation dans la diversité/ 3 pts

Questions de réflexion sur la contribution de la fécondation à la diversité génétique.

Deux parents humains produisent chacun des gamètes selon le brassage interchromosomique ($n = 23$). Calculer le nombre de génotypes théoriquement possibles chez leur enfant. Exprimer sous la forme $2^k$.
Expliquer, sans calcul, pourquoi deux frères et sœurs (hors jumeaux monozygotes) ne sont jamais génétiquement identiques.
La fécondation se contente-t-elle de restaurer la diploïdie ? Justifier en une phrase.

5Synthèse : les trois sources de diversité/ 4 pts

Rédiger un texte structuré (8 à 10 lignes) présentant, dans l'ordre chronologique du cycle de développement, les trois mécanismes qui génèrent la diversité génétique lors de la reproduction sexuée. Pour chaque mécanisme, préciser le stade biologique, le processus cellulaire impliqué et son effet sur la diversité des individus.

Corrigé détaillé

1Calculs de diversité gamétique

a) $n = 5 \Rightarrow 2^5 =$ $32 \text{ types de gamètes}$

b) $\text{Diversité zygotes} = 2^{23} \times 2^{23} =$ $2^{46} \approx 7{,}0 \times 10^{13} \text{ génotypes}$

c) $2^3 = 8 \text{ types :}$ $ABC,\ ABc,\ AbC,\ Abc,\ aBC,\ aBc,\ abC,\ abc$

2Test-cross dihybride — gènes indépendants

a) $\text{Femelle } TtVv : TV,\ Tv,\ tV,\ tv \text{ chacun à } \tfrac{1}{4}.$ $\text{Mâle } ttvv : \text{un seul gamète } tv \text{ à } 1.$

b) $\text{Descendants} \times tv : TtVv\ (\tfrac{1}{4}),\ Ttvv\ (\tfrac{1}{4}),\ ttVv\ (\tfrac{1}{4}),\ ttvv\ (\tfrac{1}{4}).$ $\text{[gris, longues] } \tfrac{1}{4};\ \text{[gris, vestigiales] } \tfrac{1}{4};\ \text{[noir, longues] } \tfrac{1}{4};\ \text{[noir, vestigiales] } \tfrac{1}{4}.$

c) $\text{Le parent } ttvv \text{ ne produit qu'un gamète } tv.$ $\text{Les phénotypes des descendants reproduisent directement les types de gamètes de l'hétérozygote, révélant ainsi son génotype sans ambiguïté.}$

3Gènes liés : identifier les recombinés et calculer r

a) $\text{Gamètes parentaux (plus fréquents) : } AB\ (460) \text{ et } ab\ (440).$ $\text{Gamètes recombinés (moins fréquents, issus d'un crossing-over) : } Ab\ (50) \text{ et } aB\ (50).$

b) $r = \dfrac{50 + 50}{460 + 440 + 50 + 50} = \dfrac{100}{1000} =$ $r = 0{,}10 = 10\,\%$

c) $\text{Distance génétique } A\text{-}B = 10 \text{ cM.}$ $\text{10\% des méioses ont produit un crossing-over entre les loci } A \text{ et } B \text{ en prophase I. Les gènes sont liés (}r \lt 0{,}5\text{).}$

4Rôle de la fécondation dans la diversité

a) $2^{23} \times 2^{23} =$ $2^{46} \approx 7 \times 10^{13} \text{ génotypes possibles.}$

b) $\text{Chaque enfant résulte d'un gamète paternel et d'un gamète maternel tirés au sort}$ $\text{parmi des millions de combinaisons. La probabilité que deux fratries héritent exactement des mêmes gamètes est quasi nulle.}$

c) $\text{Non : la fécondation amplifie activement la diversité}$ $\text{en combinant aléatoirement deux gamètes déjà diversifiés par les deux brassages de la méiose.}$

5Synthèse : les trois sources de diversité

1 $\text{Brassage intrachromosomique — prophase I :}$ $\text{Les crossing-over entre chromatides non sœurs créent de nouvelles combinaisons alléliques sur un même chromosome. Ils produisent des gamètes recombinés, différents des combinaisons parentales.}$

2 $\text{Brassage interchromosomique — métaphase I :}$ $\text{La disposition aléatoire et indépendante des bivalents génère } 2^n \text{ combinaisons chromosomiques dans les gamètes. Ces deux brassages sont complémentaires et se déroulent tous deux au cours de la méiose.}$

3 $\text{Fécondation :}$ $\text{La rencontre aléatoire d'un gamète mâle et d'un gamète femelle aboutit à } 2^{2n} \text{ génotypes théoriques (}\approx 7 \times 10^{13} \text{ chez l'Homme). Chaque individu sexué est ainsi génétiquement unique.}$