Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05)

(1)

Bernadette Féry Automne 2007

Évolution et Diversité du Vivant

(101-NYA-05)

Chapitre 13, Campbell, 3

^e

édition

LES BULBILLES DES LYS PERMETT ENT LEUR REPRODUCTION ASEXUÉ

PS : les no réfèrent au guide de lecture du cours 4.

E

(2)

INTRODUCTION

16.Définitions : hérédité et génétique

Hérédité

Transmission des caractères héréditaires (taches de rousseur, couleur des yeux...) d'une génération à la suivante.

Génétique

Science qui étudie l'hérédité et la

variation chez les individus.

(3)

CONCEPT 13.1

Les gènes des parents sont transmis à leurs enfants par l'intermédiaire des chromosomes

17, 18, 19 et 20.

On ressemble à nos parents parce qu’on reçoit leurs gènes via les gamètes.

Les gènes programment nos cellules afin qu'elles synthétisent les protéines dont l'effet cumulatif produit les caractères

«héréditaires» de l’organisme.

Chaque gène occupe un locus sur un

chromosome, un lieu.

(4)

Deux parents Un parent

22. Reproduction asexuée et sexuée La reproduction est l'apparition de nouveaux individus à partir des

anciens : selon le mode asexué ou sexué.

CONCEPT 13.1

(5)

Caractéristiques de la reproduction asexuée

1. Un parent qui produit un ou plusieurs double(s) de lui-même.

2. Production de clones : descendants génétiquement identiques au parent.

3. Grâce à la mitose des eucaryotes ou à la scissiparité des procaryotes.

CONCEPT 13.1

(6)

Bourgeonneme nt de l'hydre (un animal)

— mitose

Campbell : 250 (2^eéd.) — Figure 13.1

Bacilles courts d'Escherichia coli (ø = 1 µm)

Des exemples !

Scissiparit é de la bactérie

Reproduction de l’Amibe

(un protozoaire

appartenant au règne des protistes) — mitose

(7)

Caractéristiques de la reproduction sexuée

1. Deux parents produisent des gamètes qui se fécondent.

2. Les descendants sont différents

«génétiquement» de leurs parents puisque issus du mélange des gènes parentaux.

3. Grâce à la méiose (eucaryotes seulement).

CONCEPT 13.1

(8)

CONCEPT 13.2

La méiose et la fécondation alternent dans la reproduction sexuée

23. Cycle de développement

Vie d’un organisme (de sa conception jusqu’à la production de ses

descendants.)

24. Nombre de chromosomes dans une cellule somatique

 46

(9)

25. Chromosome métaphasique — caractéristiques

Une certaine forme spécifique : grosseur, largeur.

Une position définie du centromère.

Un patron spécifique de bandes de coloration (si on ajoute des colorants)

CONCEPT 13.2

Campbell (3^eéd.) — Figure 13.3 : 257

(10)

26. Caryotype et chromosomes homologues

Chromosomes homologues

Les deux chromosomes d'une paire.

Chromosomes semblables (même longueur, même forme, même position du centromère, mêmes bandes colorées).

CONCEPT 13.2

(11)

Caryotype

Présentation ordonnée des chromosomes

métaphasiques.

Regroupement des

«homologues».

Classés en paires chez les humains et les autres

animaux (diploïdie).

Chez les végétaux, il n'est pas rare d'avoir des

caryotypes montrant trois homologues (triploïdie) ou quatre homologues

(tétraploïdie).

CONCEPT 13.2

26. Caryotype et chromosomes homologues

Figure 13.3

(12)

CONCEPT 13.2

27.Chromatides soeurs et chromatides non soeurs ou homologues

Bleus

Lisses Frisés

Bleus Yeux

Cheveux

Chromatides non soeurs

Chromatides des chromosomes d'une paire homologue.

Portent, aux mêmes locus , des gènes qui déterminent les

mêmes caractères.

Ces gènes peuvent être identiques ou non.

Chromatides soeurs

Chromatides d'un même chromosome.

Identiques

génétiquement.

(13)

CONCEPT 13.2

28.Une exception à la règle des

homologues : la paire sexuelle est partiellement homologue chez les mâles

Animaux femelles Animaux mâles

Paire sexuelle XY

(partiellement homologue) Paire sexuelle

XX

(complètemen t homologue)

Les portions non homologues de la paire XY expliquent les différences sexuelles entre les hommes et les femmes.

Régions homologues Régions différentes

(14)

CONCEPT 13.2

Un caryotype humain « normal » possède 23 paires de chromosomes homologues au total.

22 paires de chromosomes homologues : les autosomes

Identiques chez les deux sexes.

Dénommées à l’aide de numéros : paire 1 -1', paire 2 - 2’ ….

1 paire de chromosomes homologues

«sexuels» : les hétérosomes ou hétérochromosomes

Différente chez les deux sexes.

Dénommée à l’aide de lettres : XX ou XY Correspond à la 23^e paire.

(15)

CONCEPT 13.2

Les petites portions homologues des

chromosomes X et Y

portent les mêmes types de gènes chez les

hommes et chez les femmes. Il n’y a pas de différence dans

l'expression des

caractères déterminés par ces gènes.

Les grandes portions différentes des

chromosomes X et Y ne portent pas les mêmes types de gènes chez les hommes et chez les

femmes. Il y a une différence dans l'expression des

caractères déterminés par ces gènes selon le sexe.

(16)

CONCEPT 13.2

Le chromosome X porte des gènes qui ne seront jamais présents sur le chromosome Y.

Exemples de gènes portés uniquement par X Gène du daltonisme.

Gène de l'hémophilie.

Le chromosome Y porte des gènes qui ne seront jamais présents sur le chromosome X ; une femme ne peut porter ces gènes car elle n'a pas de

chromosome Y.

Exemples de gènes portés uniquement par Y

Gène du syndrome de l'homme couvert de longs poils.

Gène de l'homme ayant une peau craquelée et écailleuse.

(17)

CONCEPT 13.2

Les individus souffrant du syndrome de Down ont 3 chromosomes 21

Cette personne possède

combien

d’autosomes ?

Cette

personne possède combien

d’hétérosom es ?

Campbell : 303 (2^eéd.)

Figure 15.14

45

2

(18)

CONCEPT 13.2

29. Nos paires de chromosomes

découlent de notre origine sexuée.

QuickTime™ et un

décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image.

+ =

Spermatozoïde = 23 chr. Ovule = 23 chr. Zygote = 46 chr.

(19)

CONCEPT 13.2

30. Nombre haploïde (N) et nombre diploïde (2N)

Gamètes (cellules reproductrices) Cellules haploïdes

Contiennent un seul jeu de chromosomes

Le lot haploïde est de 23 chromosomes (n = 23)

+ =

Zygote et toutes les

cellules somatiques qui en découlent.

Cellules diploïdes

Contiennent deux jeux de chromosomes

Le lot diploïde est de 46 chromosomes (2n = 46)

22 autosomes

1 hétérosome

X chez les femelles X ou Y chez les mâles

44 autosomes2 hétérosomes

XX chez les femelles XY chez les mâles

(20)

CONCEPT 13.2

(21)

CONCEPT 13.2

31. Cycles de développement sexué Se caractérisent par une

alternance entre la phase diploïde (issue de la fécondation des

gamètes) et la phase haploïde (issue de la méiose)

Trois types de cycles sexués selon la durée des deux phases

• Diplonte : Animaux

• Haplonte : Algues et Mycètes

• Diplo-haplonte : Végétaux

(22)

CONCEPT 13.2

Organismes multicellulaires

diploïdes ; la période haploïde est réduite aux gamètes.

La méiose produit des gamètes qui se

fécondent ou meurent.

Le zygote diploïde issu de la fécondation se divise ensuite par mitose et produit l'organisme

multicellulaire diploïde.

Cycle diplonte

(23)

Cycle

diplonte de

l’humain

Campbell (3^eéd.)

— Figure 13.5 : 259

(24)

CONCEPT 13.2

Organismes multicellulaires haploïdes ; la période diploïde est réduite au zygote.

Quand les conditions sont bonnes, l’organisme se

reproduit de façon asexuée, par mitose. Mais lorsque les conditions deviennent

difficiles, à la mauvaise

saison, la reproduction sexuée entre en jeu. Deux organismes haploïdes fusionnent alors

ensemble et forment un

zygote diploïde résistant qui passe l’hiver. Dès que les conditions le permettent, le zygote se divise par méiose en cellules haploïdes qui formeront les adultes haploïdes.

Cycle haplonte

(25)

Cycle haplonte d’une algue unicellulaire :

Chlamydomonas

(26)

CONCEPT 13.2

Génération du sporophyte (organisme diploïde)

La génération du sporophyte engendre la génération du gamétophyte comme

descendant, via la méiose et les spores haploïdes qui en sont issues.

Cycle haplo-diplonte ou diplo-haplonte

Génération du gamétophyte (organisme haploïde)

La génération du

gamétophyte engendre la génération suivante du

sporophyte, via les gamètes qui se fécondent.

Deux organismes

multicellulaires se reproduisent alternativement —alternance des générations haploïde et diploïde

(27)

Cycle diplo-haplonte de la fougère

Fougère

Sporophyte (2n)

Mitose et développeme nt

Prothalle

Gamétophyte (n)

Mitose et

développement

(28)

32. Les cycles sexués créent de la variation génétique chez les

descendants

La méiose introduit de la variabilité

génétique chez les descendants car ceux-ci sont issus du réassemblage du demi lot

génétique de deux parents.

CONCEPT 13.2

(29)

CONCEPT 13.3

La méiose est la réduction de moitié du nombre de jeux de chromosomes et le passage du stade diploïde au stade haploïde

33.Préparation de la cellule pour la division (par méiose)

Il y a réplication des chromosomes en phase S de l'interphase ainsi que réplication du centrosome et de ses centrioles tout au long de l'interphase.

34. Méiose (définition)

Deux divisions cellulaires consécutives appelées méiose I et méiose qui produisent quatre cellules ayant, chacune, la moitié des chromosomes de la cellule mère.

(30)

CONCEPT 13.3

La méiose est la réduction de moitié du nombre de jeux de chromosomes et le passage du stade diploïde au stade haploïde

35.La répartition des chromosomes

homologues au cours de la méiose

Méiose I (division réductionnelle)

2n répliqué —> n répliqué Les deux chromosomes

homologues de chaque paire se séparent.

Produit deux cellules

haploïdes n’ayant qu'un jeu de chromosomes doubles ou répliqués.

Campbell : 261(3^eéd.) — Figure 13.7

Méiose II (division équationnelle)

n répliqué —> n simple Les chromatides soeurs se séparent.

Produit quatre cellules

haploïdes n’ayant qu'un jeu de chromosomes simples ou non répliqués.

Il y a maintenant quatre cellules haploïdes en remplacement de la cellule de départ diploïde. Les quatre cellules reproductrices sont des gamètes chez les

animaux ou des spores chez les végétaux.

(31)

36. Les phases de la méiose

CONCEPT 13.3

La méiose est la réduction de moitié du nombre de jeux de chromosomes et le passage du stade diploïde au stade

haploïde

• Durant l’interphase, le

centrosome, les centrioles et les chromosomes se répliquent.

• Le matériel génétique apparaît sous forme de chromatine

même lorsque les chromosomes se sont répliqués en

chromatides soeurs.

AVANT LA MÉIOSE , À LA FIN DE

L’INTERPHASE

Lys (U. Wisconsin)

(32)

Lys (U. Wisconsin)

Méiose I : prophase I — métaphase I — anaphase I — télophase I

• Le fuseau de division s’installe, la membrane nucléaire et les nucléoles se dissolvent et les chromosomes se condensent.

• Les paires homologues se reconnaissent et s'apparient (assemblage par paires).

• Un ou plusieurs enjambements se

produisent (échanges de gènes entre les chromatides non soeurs).

• À la fin de la prophase, les microtubules du fuseau s'attachent à chaque homologue.

(33)

Méiose I : prophase I — métaphase I — anaphase I — télophase I

Lys (U. Wisconsin)

• Les paires (sous forme de tétrades de

chromatides) s'alignent à la plaque équatoriale.

• Les chromatides sont retenues ensemble par des points de

croisement où les

enjambements ont eu lieu : les chiasmas.

Le hasard détermine lequel des homologues se place d’un côté ou l’autre de la plaque.

(34)

Méiose I : prophase I — métaphase I — anaphase I — télophase I

Lys (U. Wisconsin)

• Les paires se séparent et chaque homologue migre vers son pôle.

• À la fin de l'anaphase,

chaque extrémité possède un nombre haploïde de

chromosomes mais ceux- ci sont encore à l’état répliqué.

(35)

TÉLOPHASE 1

Chaque

extrémité de la cellule en division

possède

maintenant un nombre

haploïde de chromosomes (n) mais ceux- ci sont encore à l’état

double.

CYTOCINÈSE

Lorsque la cytocinèse se produit, elle procède

comme pour la mitose : un

sillon de division (cellules

animales) et une plaque cellulaire (cellules végétales).

Méiose I : prophase I — métaphase I — anaphase I — télophase I

Lys (U. Wisconsin)

(36)

Le fuseau de

division se forme.

Les fibres du

fuseau s'accroch ent aux kinétoch ores des chromati des.

Les fibres alignent les

chromati des à la plaque équatori ale.

Les

chromatides se séparent en

chromosome s individuels et migrent vers les pôles opposés.

La cellule s'allonge grâce aux fibres

polaires du fuseau.

Les

noyaux se reforment.

La

cytocinèse sépare les cytoplasm es des deux cellules produisant quatre

cellules filles.

Méiose II : prophase II — métaphase II — anaphase II — télophase II

Intercin èse chez

certaine s espèces

Pas de réplicatio n d'ADN, du centroso me et des centrioles durant cette période.

(37)

37. La source première de la diversité génétique est la

mutation car elle produit les nouveaux gènes.

CONCEPT 13.4

L'évolution résulte de la variation génétique qui prend sa source dans la reproduction sexuée

38. La diversité génétique résulte essentiellement d'une

redistribution des gènes selon des combinaisons propre à chaque

individu de l'espèce grâce à trois processus : • Les enjambements (en prophase 1)

• Les assortiments indépendants (en métaphase 1)

• La fécondation aléatoire des

gamètes

(38)

CONCEPT 13.4

En prophase 1, les enjambements

mélangent les gènes parentaux •Les homologues

(paternel et maternel) s'apparient (synapse), se

croisent (chiasma), se cassent puis

échangent des gènes ; c‘est une recombinaison.

•Phénomène qui produit des

chromosomes légèrement différents des chromosomes parentaux.

Paternel Mater

nel

(39)

CONCEPT 13.4

Campbell (3^eéd.) —

Figure 13.10 :

• Les paires homologues se disposent de façon aléatoire de part et 265

d’autre de la plaque équatoriale et ce, de façon indépendante des autres paires. Ainsi, l’un ou l’autre des deux homologues peut se retrouver dans un gamète.

• Une disposition des chromosomes = un assortiment indépendant = une méiose.

• Un assortiment indépendant produit deux types de gamètes : 2 gamètes d'un type, par exemple combinaison no 1, et, 2 gamètes d'un autre type, par exemple, combinaison no 2.

• Nombre possible d’assortiments indépendants = 2^n-1

• Nombre possible de gamètes de type différent, issus de tous les assortiments = 2ⁿ

Paternel Mater

nel

En métaphase 1, les assortiments indépendants mélangent les chromosomes parentaux

n = nombre haploïde de l’espèce

(40)

CONCEPT 13.4

La nature aléatoire de la fécondation ajoute à la variation génétique qui découle de la reproduction sexuée

La fécondation des gamètes se fait au hasard et chaque gamète a théoriquement la même chance d'être fécondé.

Exemple d'un couple humain

•Chaque gamète représente une seule des huit millions de combinaisons chromosomiques possibles en raison des

assortiments indépendants durant la méose (2ⁿ gamètes = 2²³ = environ 8 millions).

•La fusion d'un gamète mâle avec un gamète femelle produit un zygote qui possède une seule combinaison

chromosomique diploïde sur une possibilité de 64 billions (8 millions x 8 millions).

•Chaque enfant représente une combinaison parmi 64 billions possibles !

•Si l'on ajoute les gamètes différents produits à la suite des enjambements, il y a beaucoup plus de combinaisons

possibles. Chaque être est unique !

(41)

40. La variation génétique est favorable à l'évolution des espèces. L’étude de la reproduction asexuée et sexuée permet de mettre cette notion en évidence.

CONCEPT 13.4

Lors de la reproduction asexuée, les individus sont des clones des parents. La mitose assure la production rapide de nombreux individus qui ont tous les mêmes gènes les rendant aptes à survivre dans le milieu tant que celui-ci est favorable. Cependant si ce dernier se modifie et

qu’aucun individu ne possède les gènes nécessaires pour faire face au changement, tous vont mourir.

La reproduction asexuée n’est donc pas favorable à

l’évolution de l’espèce mais elle présente tout de même les avantages d’être rapide et productive. Elle perpétue les individus lorsque le milieu est favorable et constant (par exemple le milieu durant la saison estivale avec de bonnes conditions de température et de nourriture).

(42)

CONCEPT 13.4

Lors de la reproduction sexuée, les individus sont des recombinaisons entre les parents. La méiose assure la production d'un nombre plus restreint d'individus mais ayant des combinaisons génétiques uniques. Si le

milieu vient à changer, peut-être que la plupart des individus vont mourir sauf ceux qui ont une

combinaison de gènes leur permettant de faire face aux changements. Ces individus vont se reproduire et

transmettre leurs gènes, plus adaptés au nouveau milieu, à leurs descendants. La quantité de «bons»

gènes augmente de génération en génération. L'espèce évolue.

La reproduction sexuée présente cependant les

désavantages d’être plus lente et moins productive que la reproduction asexuée : il faut plus de temps pour

produire moins d'individus. Par contre, en assurant la survie de l’espèce dans un milieu changeant (par

exemple, le milieu durant la saison hivernale où la température a chuté et où la nourriture est rare), elle permet son évolution.

(43)

40. Les rôles de la méiose

a) Produire les cellules haploïdes pour la reproduction de l’espèce : gamètes des

animaux qui se fécondent immédiatement ou spores des végétaux qui engendrent plus tard, les gamètes.

Organisme pluricellulaire mâle ou femelle

Gamètes n

(spermatozoïdes_X ou Y)

Fécondati on

Animaux

CONCEPT 13.4

Méiose dans les gonades (testicules ou ovaires)

Gamète n

(ovule_

X)

Zygote 2n

XX_femelle ou XY_mâle

Mâle

Femelle

XY

XX

(44)

CONCEPT 13.4

Végétaux (plante à fleur)

Organisme pluricellulaire

Méiose dans la fleur

femelle

(pistil) et les fleurs mâles (étamines)

Grain de pollen

Zygote 2n

Fécondati on

Gamète

n

anthérozoïde

Organisme pluricellulaire haploïde

Gamète

n

oosphère

Sac

embryonnaire

Spore mâle Spore femelle Spores

n

Mitose et développement Mitose et développement

(45)

40. Les rôles de la méiose (suite)

CONCEPT 13.4

b) Maintenir la constance du lot génétique de

génération en génération en permettant la réduction génétique, restaurée

ensuite par la fécondation.

c) Produire une infinité de combinaisons génétiques dans les gamètes (ou les spores) engendrant ainsi des descendants