Exercices Semaine 1 - Génétique et évolution

Document 1 : Les levures

Les levures sont des champignons unicellulaires provocant la fermentation des matières organiques ou végétales. Le terme « levure » désigne généralement le genre Saccharomyces, mais il en existe de nombreux autres, notamment le genre Candida qui possède un fort pouvoir pathogène chez l’être humain. Les levures sont des microorganismes d’environ 10 microns se reproduisant de façon asexuée. Elles sont composées d’une paroi cellulaire entourant la membrane plasmique qui protège la levure des agressions physico-chimiques du milieu extérieur. Ce sont des organismes eucaryotes, le noyau contient l’information génétique composant le génome chromosomique de la levure. Pour leur bon développement, les levures ont besoin de composés carbonés, source d’énergie, mais également de composés azotés et de minéraux variés utilisés comme facteur de croissance.

Après avoir pris connaissance du document 1, pouvez-vous décrire les phases cruciales de multiplication cellulaire chez la levure ?

Document 1 : Formation des gamètes

En vous aidant du document 1, pouvez-vous rappeler ce qu’est un gamète chez l’être humain et comment il se forme ?

Introduction de l’activité :

La génétique est une science qui s’intéresse à la transmission des caractères héréditaires. Pendant longtemps, la théorie admise pour la transmission des caractères était la théorie de l’hérédité par mélange. La génétique moderne est venue révolutionner cette approche à la fin du XIX^e siècle grâce aux travaux de Gregor Mendel.

Document 1 : La théorie de l’hérédité par mélange

Avant la fin du XIX^e siècle, la science considérait que la transmission des caractères héréditaires se faisaient par mélange des caractères des parents.
Les scientifiques considéraient que les caractères de l’enfant étaient la moyenne des caractères des parents.
Ainsi, si l’on prend l’exemple d’un croisement entre une fleur rouge et une fleur blanche, la descendance sera une fleur rose.

Document 2 : Histoire de Gregor Mendel

Gregor Mendel (1822-1884) est un moine et botaniste tchèque. Il a travaillé sur la transmission des caractères héréditaires à une époque où l’ADN n’était pas connu. Pour son travail, il a utilisé le pois comme modèle biologique.
Ce modèle présente plusieurs avantages :

• Sa fleur s’autoféconde naturellement avant son ouverture. Le pollen se dépose sur le pistil de la même fleur. Le mécanisme d’autofécondation permet de sélectionner certains caractères et d’obtenir des lignées pures ; caractérisées par des caractères stables d’une génération à l’autre. Cela implique que ces lignées sont homozygotes pour les caractères étudiés.
• Il est possible d’empêcher l’autofécondation et de réaliser des hybridations. L’expérimentateur peut ouvrir la fleur et faire une fécondation avec le pollen d’une autre plante.

Document 3 : Le protocole expérimental des expériences de Mendel

Lors de son expérience de croisement, Mendel s’est intéressé au caractère : forme du pois.
Les parents issus de lignées pures présentes deux phénotypes :

• pois lisse [A] de génotype (A//A) ;
• pois ridé [a] de génotype (a//a).

Il a, dans un premier temps, effectué un croisement entre les deux parents. La génération 1, issue de ce croisement, est homogène. Tous les individus possèdent le même phénotype [A].

La deuxième étape de son expérience consiste en une autofécondation de la génération 1. La génération 2, issue de cette autofécondation n’est plus homogène. Les pois issus d’une même plante ont les deux phénotypes [A] et [a]. Les deux phénotypes ne sont pas présents dans des proportions identiques.

Document 4 : La relation de dominance/récessivité des allèles

Lorsque le phénotype d’un individu hétérozygote correspond à l’expression d’un seul allèle, on dit que cet allèle est dominant.
En revanche, un allèle est dit récessif lorsqu’il est nécessaire qu’il soit présent en deux exemplaires pour s’exprimer.
Si le phénotype d’un individu hétérozygote est un mélange de l’expression de deux allèles, on parle alors de codominance.

Document 5 (aide) : Les résultats des expériences de Mendel

Le résultat d’un croisement entre des lignées pures est toujours une génération 1 homogène. Tous les individus sont hétérozygotes pour le caractère étudié. Cette génération nous renseigne sur la dominance/récessivité des allèles. Ici, l’allèle A est dominant sur l’allèle a.
La génération 2, issue de l’autofécondation, présente deux phénotypes : [A] à 75 % et [a] à 25 %. Si l’on s’intéresse aux génotypes, on constate qu’il y a 50 % de (A//a), 25 % de (A//A) et 25 % de (a//a).

À partir du document 1, expliquez quels résultats sont attendus en génération 1 selon la théorie de l’hérédité par mélange.

Introduction de l’activité :

Les expériences de Griffith, Avery, McLeod et McCarty ont montré qu’il existe un « principe transformant » permettant aux bactéries d’acquérir des propriétés virulentes. Ce principe transformant, c’est l’ADN, et ce sont des transferts de gènes qui donnent de nouvelles capacités aux bactéries.

Document 1 : Expériences de Griffith, Avery, McLeod et McCarty

Les expériences 1 à 4 ont été réalisées par Griffith en 1928, et les expériences 5 et 6 ont été réalisées par Avery, McLeod et McCarty en 1944. Avery a isolé deux souches de pneumocoques (Streptococcus pneumoniae) alors qu’il tentait de produire un vaccin contre la pneumonie. Les pneumocoques avec une capsule lisse (smooth en anglais) sont virulents et tuent les souris, il s’agit de la souche S. Certaines bactéries à capsule rugueuse (rough en anglais) sont quant à elles inoffensives, il s’agit de la souche R.

Document 2 : Principe de la transformation bactérienne

Certaines bactéries sont capables d’absorber des fragments d’ADN présents dans le milieu. Ces fragments sont ensuite digérés et certains d’entre eux peuvent être intégrés au génome de la bactérie receveuse. Il est dit de ces bactéries, qu’elles sont compétentes. Elles sont ensuite transformées et peuvent posséder de nouvelles propriétés.

Document 3 : Le transfert de plasmides ou la conjugaison bactérienne

Un plasmide est un fragment d’ADN circulaire indépendant de l’ADN chromosomique, et certaines bactéries peuvent en posséder. Ces plasmides peuvent porter des gènes apportant une résistance à des antibiotiques, et des facteurs de fertilité permettant à la bactérie, qui les possède, de former un pilus. Ce dernier est une excroissance cytoplasmique qui peut se lier à une autre bactérie.

Un pont de conjugaison se forme alors, ce qui permet la réplication du plasmide et le transfert du plasmide répliqué dans la bactérie receveuse. La bactérie receveuse acquiert donc les propriétés du plasmide. Nous parlons ici de conjugaison bactérienne.

Document 4 : Les bactériophages et la transduction

Les bactériophages sont des virus infectant des bactéries sans spécificité vis-à-vis de l’espèce. Ils ont une tête contenant leur génome et une queue leur permettant de se fixer à la surface des bactéries afin de leur injecter leur génome, pour qu’il puisse se reproduire.

Lors de la reformation du génome viral, il est possible qu’il intègre des fragments d’ADN de la bactérie infectée. Lors de l’infection d’une autre bactérie par ces phages ayant des fragments d’ADN d’une autre bactérie, il est possible que la bactérie nouvellement infectée intègre cette portion d’ADN au sein de son génome. Nous parlons alors de transduction bactérienne.

À partir des documents 1 et 2, expliquez comment les pneumocoques R acquièrent leur virulence dans les expériences de Griffith, Avery, MCMeod et McCarty.

• Le lichen est une association entre une algue et un champignon observable sur le tronc des arbres.
• Le ténia est un vers qui vit dans l’intestin grêle de l’être humain.

Définissez les notions de symbiose et de parasitisme et associez un des exemples cités à chacune de ces notions.

Il est extrêmement fréquent de retrouver des algues sur les carapaces de certains crabes. Ils les recueillent et les déposent sur leur carapace.
Pour certains, il s’agit d’avoir une couleur et une apparence qui les dissimulent dans l’environnement. Ils sont capables de modifier ces éléments en fonction du milieu. Pour d’autres, comme le Libinia dubia, la sélection de l’algue est plus spécifique. En effet, cette espèce sélectionne une algue particulière : la Dictyota menstrualis. Cette algue a la particularité de produire des substances chimiques toxiques comme le dictyol E. Cette molécule a deux effets principaux :

• dissuader les poissons de l’ingérer ;
• et stimuler le crabe pour qu’il ajoute des algues sur sa carapace.

En quoi cette association est un phénotype étendu du crabe ? Quel en est le bénéfice pour le crabe ?