Classe de Term S Programme
2001- Synthèse du 10 mars 2004
<span
style='font-size:12.0pt;font-family:"Comic Sans MS"'>THÈME 2 DE SPÉCIALITÉ
DES DÉBUTS DE LA GÉNÉTIQUE AUX ENJEUX ACTUELS DES BIOTECHNOLOGIES
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1. À la
fin du XIXe siècle, Mendel réfute, par ses travaux d’hybridations,
le concept d’hérédité par mélange et introduit l’idée d’une hérédité particulaire.
1.1.
Du temps de Mendel, l’idée d’une hérédité par mélange
est largement retenue
- Elle se fondait sur l’observation des caractères
de certains hybrides qui paraissaient mélanger les caractères
des parents.
- Les hybrides n’étant pas constants, cette
notion ne pouvait déboucher sur des lois et ne permettait pas
d’établir des prévisions sur la descendance.
1.2. Mendel
innove par une approche méthodologique nouvelle
1.2.1. Mendel recherche, pour ses expériences de croisements,
des variétés d’une même espèce qui
diffèrent par des caractères morphologiques facilement
identifiables.
- Mendel cherche à obtenir des variétés
qui sont des lignées pures.
- Deux parents d’une même lignée pure donnent
une descendance qui conserve les caractères parentaux.
- Mendel met au point une technique de croisement entre deux
lignées pures.
- Le croisement entre lignées pures donne alors des
résultats constants.
1.2.2 Mendel choisit délibérément des variétés
de pois qui répondent à ses exigences.
1.2.2.1. Chez le pois, l’autofécondation peut avoir
lieu dans une fleur encore fermée.
- La fleur contient les organes reproducteurs de la plante
: l’étamine est la pièce florale mâle contenant
le pollen ; le pistil est la pièce florale femelle contenant
des ovules dans un ovaire.
- La fécondation est l’union d’une cellule
d’un grain de pollen avec une cellule d’un ovule.
- L’ovule se transforme alors en une graine qui contient
l’embryon de la nouvelle génération.
- L’autofécondation résulte de la fécondation
des ovules d’une fleur par le pollen de la même fleur.
1.2.2.2. La fécondation croisée
peut être réalisée
artificiellement pour obtenir des hybrides.
- C’est la fécondation des ovules d’une
fleur d’une lignée par le pollen d’une autre lignée.
1.2.3. La méthode utilisée par Mendel comporte une analyse
quantitative et statistique des résultats.
- La répétition de très nombreux croisements
donne aux résultats obtenus une valeur statistique.
- Le traitement de ces résultats est réalisé à l’aide
des outils mathématiques.
1.3.
Des caractères apparus successivement permettent de définir
la place de l’homme dans le règne animal actuel.
1.3.1. Les croisements réciproques réalisés par
Mendel permettent de valider l’idée que l’apport
paternel et l’apport maternel sont équivalents.
1.3.2. Mendel montre que les facteurs héréditaires correspondant
aux deux versions d’une caractéristique morphologique
coexistent, mais restent distincts chez un hybride.
- À l’issue du croisement de deux hybrides, la réapparition
des deux facteurs héréditaires parentaux permet de
rejeter l’idée du mélange de ces facteurs.
- Les hybrides de première génération,
tous identiques, possèdent donc un facteur héréditaire
qui n’apparaît pas et qualifié de récessif.
- Les facteurs héréditaires se séparent
lors de la formation des gamètes : chaque gamète ne
possède qu’un seul facteur.
- Mendel peut ainsi prévoir les résultats attendus
par l’autofécondation des F2, résultats ensuite
confirmés expérimentalement.
1.3.3. En étudiant l’hérédité de
deux caractéristiques morphologiques, Mendel montre que les
deux couples de facteurs héréditaires se séparent
de façon indépendante lors de la formation des gamètes
de l’hybride.
- L’hybride produit quatre sortes de gamètes équiprobables.
1.3.4. Faute de supports structuraux, l’importance scientifique
des travaux de Mendel n’a pas été reconnue par
la communauté scientifique de son époque.
2.
Au début du XXe siècle, de nouvelles connaissances
cytologiques permettent d’élaborer la théorie
chromosomique de l’hérédité.
2.1 La
théorie chromosomique de l’hérédité naît
de la mise en relation du comportement des chromosomes et des facteurs
héréditaires définis par Mendel.
- On découvre la fusion des gamètes lors de la
fécondation, l’existence des chromosomes et leur devenir
lors de la mitose et de la méiose.
- Le comportement des chromosomes est corrélé avec
celui des facteurs héréditaires mendéliens au
cours de la méiose et de la fécondation.
- Les facteurs héréditaires associés aux
chromosomes sont appelés gènes.
2.2. La
théorie chromosomique de l’hérédité est
complétée par les expériences de l’équipe
de Morgan sur la drosophile.
2.2.1. L’étude d’un cas d’hérédité liée
au sexe permet la première localisation d’un gène
sur un chromosome.
- Morgan découvre chez la drosophile un cas où la
composition de la descendance change suivant que la mutation est portée
par le parent mâle ou par le parent femelle.
- Cette transmission s’explique en localisant le gène
sur le chromosome X : c’est un cas d’hérédité liée
au sexe.
2.2.2 . L’étude de la transmission de plusieurs gènes
mène à la notion de groupes de liaison génétique.
- L’existence de nombreux gènes est mise en évidence
chez la drosophile par les phénotypes résultant de mutations
provoquées
- Morgan établit que deux gènes portés
par le chromosome X se transmettent conjointement à la descendance.
- Par l’étude de la transmission de nombreux gènes,
quatre groupes de liaison génétique sont recensés.
- Ils correspondent aux quatre paires de chromosomes du caryotype
de la drosophile.
2.2.3. L’étude de recombinaisons entre gènes
liés a conduit à l’établissement de cartes
génétiques.
- Lors de croisements portant sur deux gènes situés
sur le même chromosome, des phénotypes recombinés
peuvent apparaîtrent dans la descendance.
- L’observation de chiasmas lors de la méiose
permet de postuler l’existence d’échanges
physiques entre les chromatides des chromosomes homologues, les
crossing over.
- La fréquence des crossing over, est d’autant
plus grande que la distance entre les gènes est élevée
et le pourcentage de recombinaison ne peut dépasser 50 %
- Ceci permet une représentation linéaire des
gènes liés sur les chromosomes : la carte génétique
des chromosomes de la drosophile.
2.3. Les
résultats des travaux de l’équipe de Morgan tentent
de préciser la définition du gène
2.3.1 Le gène est une unité de
fonction.
- Le gène détermine la réalisation
d’un caractère.
2.3.2.Le gène est une unité de
mutation
- Le gène est susceptible de subir
un changement à l’origine d’un nouvel allèle.
- Cet allèle détermine une variation
du caractère sauvage.
2.3.3.Le gène est une unité de
recombinaison.
- Un gène occupe une position déterminée,
ou locus, sur un chromosome précis.
- Les deux allèles d’un gène
peuvent être échangés par crossing over entre
les chromatides des chromosomes homologues.
3.
L’avènement de la biologie moléculaire conduit au développement
des biotechnologies
3.1. A partir des années 40, on découvre la nature chimique
du matériel génétique, les modalités de sa
transmission et de son expression.
- La relation entre gène et protéine est établie.
- La nature chimique du gène, l’ADN, est découverte.
- Le modèle de la structure en double hélice de
l’ADN est élaboré.
- La réplication semi-conservative est démontrée.
- Le code génétique est déchiffré.
- Le rôle de l’ARN messager est mis en évidence.
3.2. De nouvelles
méthodologies apparues dans les années
70 ont rendu possible le développement du génie génétique.
3.2.1. Des biotechnologies se sont progressivement
développées
- Une enzyme de restriction catalyse la coupure de l’ADN
au niveau d’une courte séquence nucléotidique spécifique.
- Les différents fragments d’ADN obtenus peuvent être
séparés en fonction de leur taille.
- La recherche d’un fragment d’ADN particulier se
fait par complémentarité avec une séquence d’ADN
repérable, obtenue par synthèse.
- Le séquençage consiste à déterminer
la succession des nucléotides d’un fragment d’ADN.
- Le
séquençage nécessite l’amplification
du fragment d’ADN par clonage.
- Un fragment d’ADN contenant un gène d’intérêt
peut être introduit dans une cellule : c’est la transgenèse.
3.2.2. Les biotechnologies ont des applications
variées.
- On peut produire des organismes génétiquement
modifiés ou OGM
- Chez l’homme, on peut diagnostiquer des maladies géniques
dépistées par d’autres méthodes comme l’étude
des arbres généalogiques qui permettent d’observer
et d’analyser leur transmission.
- La thérapie génique somatique, consistant à introduire
dans des cellules non reproductrices un allèle fonctionnel d’un
gène déficient, est un enjeu pour l’avenir.
EXPRESSIONS et MOTS CLÉS
:
autofécondation |
biotechnologies |
carte génétique |
clonage |
enzyme de restriction |
facteurs héréditaires |
fécondation croisée |
génie génétique |
groupes de liaison génétique |
hérédité particulaire |
hybridation |
organismes génétiquement modifiés ou OGM |
séquençage |
théorie chromosomique de l’hérédité |
thérapie génique somatique |
transgénèse |
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