Dans toutes les espèces vivantes, chaque gène présente différentes formes appelées allèles. Chez les organismes diploïdes comme l’homme, chaque gène peut donc exister soit sous forme d’un couple d’allèles identiques (homozygote) soit sous forme d’un couple d’allèles différents (hétérozygote). Chez les organismes haploïdes comme certains champignons (Sordaria, levure), chaque gène n’existe au contraire que sous une seule forme allélique.
Dans l’espèce humaine, on connaît de nombreux variants alléliques des gènes codant les différentes chaînes de l’hémoglobine. Certaines combinaisons d’allèles sont sans effet, d’autres sont défavorables (hémoglobinopathies). Néanmoins, certaines combinaisons peuvent présenter des avantages dans certains environnements : ainsi, dans les régions où le paludisme est endémique, les individus hétérozygotes pour l’allèle HbS de la chaîne bêta de l’hémoglobine bénéficient d’une certaine protection contre l’infection par le parasite (hématozoaire : parasite des globules rouges) alors que les homozygotes HbS sont affectés par l’anémie falciforme, hémoglobinopathie qui se traduit par des hématies en forme de faucille et peu déformables qui bouchent les petits capillaires. En l’absence de suivi médical, il en résulte une courte espérance de vie.
Lorsque l’on est capable d’identifier les protéines codées par les différents allèles, il est possible d’établir les génotypes des individus. Dans le cas de la drépanocytose, l’analyse des hémoglobines par électrophorèse permet ainsi d’identifier les génotypes des individus et, le cas échéant, d’intervenir plus précocement sur le plan médical.
On cherche à établir le génotype des membres d’une même famille en identifiant leurs hémoglobines par électrophorèse.

I. Électrophorèse de l'hémoglobine

Réaliser l’électrophorèse des hémoglobines des différents membres de la famille

• Déterminer les génotypes des différents individus.

• En déduire comment se sont transmis les allèles HbA et HbS des parents aux enfants.

• Représenter par un schéma chromosomique la transmission des allèles parentaux à leurs enfants.

• Calculer la probabilité pour les parents d’avoir un nouvel enfant homozygote HbS.

• En tenant compte des informations apportées plus haut sur le paludisme, expliquer comment l’allèle HbS s’est maintenu dans les populations des zones d’endémie du paludisme.

Les mutations qui donnent naissance à de nouveaux allèles se produisent spontanément. Chez les organismes pluricellulaires, elles ne se transmettent aux descendants que si elles affectent les cellules de la lignée germinale. En revanche, chez les organismes unicellulaires comme les bactéries ou les levures qui se multiplient par simple division, toute mutation d’un gène se transmet aux cellules filles. Le taux naturel de mutation est très faible mais certains agents physiques ou chimiques peuvent l’augmenter considérablement. C’est notamment le cas de certains types de rayonnements (UV, X, radioactivité).
On examinera l’action des rayons ultraviolets sur la levure de bière, Saccharomyces cerevisiae.

II. Mutagenèse chez la levure

1. Déposer 0,1 mL de la suspension de levures (levures ade2 formant des colonies rouges) à la surface du milieu de culture contenu dans la boîte de Pétri. Refermer la boîte.
2. Passer la boîte dans l’enceinte à UV selon les instructions données (plusieurs boîtes et plusieurs durées d’exposition).
3. Étaler ensuite la goutte de culture à la surface de la boîte avec un étaleur pour bien répartir les cellules sur toute la surface.
4. Fermer la boîte et écrire sur l'étiquette les initiales de l’opérateur, la dilution utilisée et la durée d’exposition.
Une partie des boîtes subira un traitement par les ultraviolets tandis que des boîtes non traitées serviront de témoin.
5. Mettre la boîte à l'envers dans l’étuve.

Les résultats seront lus et interprétés la semaine suivante.

Pour pouvoir interpréter les résultats, il est nécessaire de connaître la concentration en cellules dans la suspension de levures utilisée sachant qu’une cellule donne naissance à une colonie visible sur la boîte après quelques jours de croissance.
La numération est réalisée à l'aide d’une lame à numération selon les instructions données en classe.

• Déterminer et noter dans le tableau la concentration en cellules des différentes dilutions réalisées.

• Calculer la moyenne des résultats pour chaque dilution.

Exploitation des résultats

• Compter le nombre total de colonies dans chaque boîte et le relever dans le tableau.

• Comparer le nombre de colonies obtenues avec le nombre de cellules étalées. Qu’en déduisez-vous sur l’action des UV sur les cellules de levure ?

• Dénombrer les colonies blanches dans chaque boîte et relever les valeurs dans le tableau.

• Construire les graphiques représentant la proportion de cellules survivantes et la proportion de cellules mutantes en fonction de la durée d’exposition aux UV.

• Analyser les graphiques.