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La diversité des individus au sein d'une espèce et la localisation de l'information génétique

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Introduction :

La diversité est à l’origine des différences et des similitudes observables chez les individus d'une même espèce. En premier lieu, nous aborderons la notion de phénotype et nous verrons que certains caractères sont héréditaires, et que d’autres ne le sont pas.
L'information génétique qui porte les caractères héréditaires est localisée dans le noyau, et plus précisément dans les chromosomes.
Pour finir nous verrons que ces chromosomes sont composés d'ADN.

La diversité des phénotypes des individus au sein d'une espèce

Les caractères spécifiques et les variations individuelles

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À retenir

Les individus d'une espèce donnée présentent des caractéristiques que l'on trouve chez tous les individus de l'espèce.

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Exemple

Tous les êtres humains ont tous normalement deux bras, deux jambes, deux yeux, une bouche, des cheveux sur la peau de la tête alors que nous avons des poils sur le reste du corps, etc. Ces caractères sont dits spécifiques de l'espèce. Mais les humains présentent aussi de légères différences, des variations de certains caractères comme la couleur de peau, des yeux, la forme des oreilles, ou la taille. Ces variations de caractères sont appelées des variations individuelles. Nous pouvons voir ici quelques variations de l’oreille humaine :

Caractère spécifique et variations individuelles : l’exemple de l’oreille humaine

Le phénotype et les caractères héréditaires

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Définition

Phénotype :

L'ensemble des caractères observables d'un individu est appelé le phénotype.

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Attention

Le phénotype regroupe les caractères directement visibles, comme les yeux ou la couleur de la peau, mais également les caractères invisibles, comme par exemple la longueur de son tube digestif ou son groupe sanguin.

Parmi les caractères d'un individu, ceux qui sont transmissibles à la descendance sont appelés des caractères héréditaires.

La modification des caractères par l’environnement

Certains des caractères d'un individu peuvent être modifiés par son environnement.

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Exemple

Par exemple, lorsqu'une personne à la peau claire s'expose au soleil, celle-ci bronze peu à peu. La lumière du soleil est le facteur de l’environnement qui fait bronzer la peau, si la personne reste à l’ombre, sa peau ne bronzera pas.

Dans le même esprit, un haltérophile ou un bodybuilder va d’avantage développer sa musculature qu'un individu ne pratiquant pas d'activité physique.

L'influence de l’environnement sur un caractère spécifique : l’exemple de la musculature

Cependant, les modifications des caractères dues à l'environnement ne sont pas transmissibles à la descendance et ne sont donc pas héréditaires.

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Exemple

Par exemple, même si un homme a développé sa musculature avant d'avoir des enfants, ceux-ci ne naîtront pas avec une musculature très développée.

De la même façon, si une personne passe une année sous les tropiques au soleil et fini par avoir la peau très bronzée juste avant d'avoir un enfant, l’enfant ne naîtra pas avec la peau bronzée.

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À retenir

L'environnement peut modifier les caractères d'un individu. Ces modifications ne sont cependant pas héréditaires.

Toutefois, l'information génétique est localisée à un endroit spécifique de la cellule, à partir duquel elle porte les caractères héréditaires de l’individu qu’elle constitue.

Le noyau, lieu de stockage de l’information génétique

Une expérience peut permettre de déterminer où est localisée l'information génétique dans une cellule :

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Exemple

Prenons des souris possédant des pelages de couleurs différentes. La couleur du pelage chez les animaux est un caractère héréditaire, donc transmissible à la descendance :

  • on prélève une cellule-œuf d'une femelle de pelage noir fécondée par un mâle noir et on fait de même avec une femelle de pelage blanc fécondée par un mâle blanc ;
  • on prélève ensuite le noyau de la cellule-œuf de la souris noire et on la place dans la cellule-œuf de la souris blanche, dont on aura préalablement enlevé le noyau ;
  • on obtient une nouvelle cellule-œuf dont la membrane plasmique et le cytoplasme sont issus de la cellule-œuf de la souris blanche, et dont le noyau est issu de la cellule-œuf de la souris noire ;
  • on implante cette nouvelle cellule-œuf dans une souris de couleur de pelage beige fécondée par un mâle beige et on attend que la cellule-œuf se développe en souriceau ;
  • on utilise une souris beige fécondée afin qu'elle soit déjà en état de porter des souriceaux ;
  • à la naissance des souriceaux, on observe la présence d'un souriceau noir parmi la portée des souriceaux beiges.

 Expérience de localisation de l'information génétique dans la cellule : l'expérience de transfert de noyau

Cette expérience démontre que la couleur du pelage qui est le caractère héréditaire étudié ici est situé dans le noyau de la cellule-œuf. C’est le cas de tous les caractères héréditaires qui sont situés dans le noyau de toutes les cellules de l'organisme.

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À retenir

Les caractères héréditaires, c'est-à-dire l'information génétique d'un individu, sont situés dans le noyau de toutes les cellules de l'organisme.

Déterminons à présent quel élément dans le noyau permet le stockage de l'information génétique.

L’ADN, support de l’information génétique

Les chromosomes et l’ADN

Lorsque une cellule se divise, elle crée deux cellules à partir d'une seule, et contient des bâtonnets appelés chromosomes. Ces chromosomes sont constitués d'un composé particulier : l'ADN.

Schéma d'une cellule en division et d'une cellule ne se divisant pas – Schéma d'un chromosome Les chromosomes et l’ADN dans la cellule

Dans les chromosomes, l’ADN qui ressemble à un très long filament fin est compacté comme dans une pelote de laine. Par contre lorsqu’une cellule ne se divise pas, l’ADN n'est pas compacté et reste sous forme de filament, les chromosomes n’étant pas visibles.

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Définition

Chromosome :

Le chromosome est la structure du noyau cellulaire, composée d’ADN, se formant au moment de la division cellulaire, en nombre constant pour chaque espèce.

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Définition

ADN :

L’ADN ou Acide désoxyribonucléique, est le constituant essentiel des chromosomes, support matériel de l’information génétique.

Le caryotype

Toutes les cellules des individus d'une même espèce possèdent le même nombre de chromosomes, c'est le caryotype.

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Définition

Caryotype :

Le caryotype est la représentation de l’ensemble des chromosomes du noyau d’une cellule d’un individu, assemblés par paires.

Exemple de caryotype

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À retenir

Chaque espèce possède un nombre de chromosomes qui lui est propre. Ces chromosomes sont organisés en paires de chromosomes identiques.

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Exemple

L'être humain possède 46 chromosomes organisés en 23 paires, le cochon en a 38 organisés en 19 paires, le mouton en a 54 organisés en 27 paires, etc.
Dans un caryotype, les paires de chromosomes sont numérotées et classées par ordre de taille.

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À retenir

Chez l'être humain, la dernière paire de chromosome, la vingt-troisième, correspond aux chromosomes sexuels qui déterminent le sexe d'un individu. Il y a deux types de chromosomes sexuels : le chromosome X et le chromosome Y. Ainsi, une femme porte les chromosomes sexuels XX, et un homme porte les chromosomes sexuels XY.

L’information génétique est portée par l’ADN et les chromosomes

L'information génétique est portée par les chromosomes, et donc par l'ADN dont ils sont constitués.

Caryotype d’un individu atteint de trisomie 21

En observant le caryotype d'un individu atteint de trisomie 21, encore appelé syndrome de Dawn, la paire de chromosome 21 possède 3 chromosomes au lieu de 2, ce qui est une anomalie. Le total de chromosomes est donc dans ce cas de 47 au lieu de 46.

Les personnes atteintes de trisomie 21 possèdent généralement des caractéristiques physiques particulières : leur visage est rond, leurs yeux bridés, le cou et les membres sont courts. Par ailleurs, ils présentent également des malformations internes notamment cardiaques, et un déficit intellectuel plus ou moins prononcé.
Cette maladie est l’exemple d’une anomalie chromosomique qui se traduit par une malformation physique.

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Définition

Trisomie 21 :

La trisomie 21 est une maladie génétique qui touche certaines personnes et résulte d’une anomalie chromosomique. Les individus atteints ont trois chromosomes 21, ce qui porte le nombre total de chromosomes à 47.

Conclusion :

Les individus d'une même espèce détiennent les mêmes caractéristiques spécifiques. Il existe cependant des variations individuelles pour ces caractères au sein de chaque espèce. Les caractères qui sont transmissibles à la descendance s'appellent des caractères héréditaires et l'ensemble des caractères observables d'un individu est le phénotype. Celui-ci peut être modifié par l'environnement, mais ces modifications ne sont pas transmissibles à la descendance.
De plus, l'information génétique qui regroupe l'ensemble des caractères héréditaires d'un individu est localisée dans le noyau de toutes les cellules de l’organisme.
Pour finir, dans le noyau, l'information génétique est portée par les chromosomes, et donc par l'ADN.