Travaux pratiques

MÉIOSE, GÉNÉTIQUE DES HAPLOÏDES ET RELATION GÈNE-ENZYME


I- Etude de la méiose au microscope optique

Observer attentivement au microscope une préparation fixée et colorée de coupe transversale d'anthère (organe reproducteur mâle des plantes à fleurs) pour y repérer les cellules en méiose.

1) Rappeler la définition et les conséquences de la méiose

2) Faire un dessin d'observation des stades observables de la méiose dans votre préparation.

3) Justifier par quelques lignes d'explication les noms des stades dessinés.

II- Etude de la méiose chez Sordaria macrospora et cartographie génétique

Les organismes haploïdes présentent l'avantage de ne posséder qu'un seul allèle de chaque gène.

Sordaria macrospora est une moisissure couramment utilisée dans les laboratoires de génétique pour étudier la correspondance gènes - enzymes car elle est facile à cultiver et qu'il existe de nombreux mutants biochimiques. On étudiera ici deux allèles d'un gène contrôlant la couleur des spores.

Ainsi, la couleur "sauvage" des spores est-elle habituellement brune car les spores sauvages fabriquent de la mélanine, pigment brun analogue à celui rencontré chez les animaux.

Au contraire, les spores de certaines souches mutantes ne fabriquent pas de mélanine. De ce fait, elles ont une couleur claire, un peu jaunâtre. La mutation responsable est dite J 14 et peut être considérée comme analogue à l'albinisme chez les animaux.

On a placé dans une boîte de culture des spores de chacune des souches N (à spores noires) et J (à spores jaunes) en des points opposés. Ces spores ont donné naissance chacune à un mycélium s'étalant à la surface du milieu de culture.

Lorsque les deux mycélium se rencontrent, il y a fécondation et formation de nombreux zygotes enfermés dans une fructification, le périthèce.

Les zygotes formés subissent immédiatement la méiose : chaque zygote donne donc naissance à quatre cellules filles haploïdes. Chacune d'entre elles subit ensuite une mitose banale et devient une spore. Chaque spore exprime l'allèle du gène de coloration qu'elle contient (elle apparaît claire ou foncée).

Un des grands avantages de cette espèce est que depuis le zygote jusqu'aux spores, les cellules sont enfermées dans une enveloppe cylindrique, l'asque. De ce fait, les cellules filles formées lors de chaque division restent superposées. Aussi, l'ordre des couleurs des huit spores permet de déduire certains événements de la méiose et, en particulier, s'il y a eu ou non des échanges de segments chromosomiques dans la zone du chromosome située entre le centromère et le gène : en effet, s'il n'y a pas eu de recombinaison dans cette zone, les spores seront regroupées en deux groupes de quatre spores identiques selon deux dispositions possibles d'égale probabilité.
Si, au contraire, il y a eu une recombinaison dans cette zone, les spores seront regroupées deux à deux selon quatre dispositions possibles d'égale probabilité.
Les événements d'échanges de segments chromosomiques étant en nombre proportionnel à la distance gène - centromère, leur pourcentage traduit cette distance.

Protocole

Prélever avec une pince fine un peu de mycélium et quelques périthèces de la souche fournie et les déposer sur une lame dans une goutte d'eau. S'aider d'une loupe binoculaire si nécessaire. Recouvrir d'une lamelle. Appuyer légèrement sur la lamelle pour ouvrir les périthèces. Observer au faible grossissement du microscope.

4) Faire un dessin d'observation d'un fragment de mycélium et de quelques asques en respectant l'ordre des spores tel que vous l'observez à l'intérieur des asques.

5) Indiquer sur le dessin quels sont les asques résultant d'un échange de segments chromosomiques (crossing-over).

Détermination de la distance gène-centromère

Cette détermination ne peut être que statistique étant donné le petit nombre d'asques dans chaque périthèce. Aussi, on regroupera les résultats obtenus par chaque groupe afin d'en faire la moyenne.

Compter le nombre d'asques des deux types en observant la disposition des ascospores dans chacun des asques.

6) Calculer le pourcentage de post-réduction et la distance gène-centromère en centimorgan (elle est égale à la moitié du pourcentage de post-réduction).

7) Rapporter le résultat dans le tableau collectif et comparez votre valeur à la moyenne de la classe.

8) Quel est l'avantage de grouper les résultats ?

9) Expliquer pourquoi l'expression de la distance est seulement la moitié du pourcentage des asques postréduits.

10) Faites un schéma permettant d'expliquer le comportement des chromosomes à la méiose qui rende compte du résultat d'un asque postréduit (on schématisera le comportement d'une seule paire de chromosomes dans un des quatre cas d'asques postréduits).

III- Du gène au caractère : "un gène, une enzyme"

La coloration brune des spores de S. macrospora de souche sauvage est due à un pigment brun, la mélanine. La mélanine dérive d'un acide aminé, la tyrosine. Celui-ci est incolore, mais sous l'action d'une enzyme, la phénol-oxydase (ou tyrosinase), on obtient un produit brun qui polymérise en mélanine :

            phénol-oxydase        polymérisation

Tyrosine --------->   DOPA    ---------> Mélanine

(incolore)               (brune)              (brun-noirâtre)
 
11) Comparer les résultats obtenus lors de la réaction in vitro entre tyrosine et tyrosinase et entre tyrosine et tyrosinase dénaturée.

12) Mettre en relation ces résultats avec ceux observés chez la souche de Sordaria portant la mutation J14.

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