Exercices: La méiose

Expliquer ce qu'est la méiose et dans quels organes du corps humain elle a lieu, en indiquant quelles cellules elle produit chez l'homme et chez la femme.

Observer le schéma de la méiose, dans lequel une cellule initiale à quatre chromosomes ($2n = 4$) se divise deux fois de suite. À partir du schéma, indiquer combien de divisions cellulaires comprend la méiose, combien de cellules filles sont obtenues à partir de la cellule initiale et combien de chromosomes possède chacune par rapport à elle.

Expliquer la différence entre une cellule haploïde et une cellule diploïde, et indiquer combien de chromosomes possède une cellule diploïde humaine et combien un gamète humain.

Pendant la prophase I de la méiose, les chromosomes homologues échangent des fragments lors du processus appelé crossing-over (enjambement). Expliquer en quoi il consiste et quelle conséquence il a sur la variabilité génétique des gamètes.

Indiquer deux différences fondamentales entre la mitose et la méiose : l'une relative au nombre de divisions et de cellules obtenues, l'autre à la dotation chromosomique des cellules filles.

Pourquoi est-il indispensable que les gamètes soient haploïdes ? Expliquer ce qu'il adviendrait du nombre de chromosomes d'une espèce, génération après génération, si les gamètes étaient diploïdes.

Chez une espèce à $2n = 16$ chromosomes, on analyse deux individus hétérozygotes pour deux caractères distincts ($AaBb$) :

• Chez l'individu 1, le gène $A$ et le gène $B$ se trouvent sur des paires de chromosomes homologues différentes.

• Chez l'individu 2, les deux gènes se trouvent sur la même paire d'homologues (gènes liés), avec les allèles $AB$ sur un chromosome et $ab$ sur l'homologue.

1. a) Déduire combien de types de gamètes génétiquement différents pour ces deux caractères l'individu 1 peut produire et dans quelles proportions relatives.
2. b) Si aucun crossing-over ne se produit chez l'individu 2 pendant la prophase I, prévoir quels types de gamètes il formera et les comparer à ceux de l'individu 1.
3. c) Justifier quel événement méiotique permet à l'individu 2 de produire des gamètes recombinés ($Ab$ et $aB$) et expliquer pourquoi la probabilité de leur apparition dépend de la distance physique entre les deux gènes.

Dans une population d'amphibiens à $2n = 28$ chromosomes, on repère une femelle dont les ovules ne réduisent pas le nombre de chromosomes à cause d'un défaut de cytokinèse lors de la méiose I, donnant des ovules diploïdes viables à 28 chromosomes.

1. a) Si l'un de ces ovules anormaux est fécondé par un spermatozoïde normal de l'espèce, calculer la dotation chromosomique du zygote obtenu et indiquer le terme de génétique qui désigne cette altération chromosomique numérique.
2. b) Même si l'individu obtenu est viable, il est généralement totalement stérile lorsqu'il tente de réaliser la méiose pour former des gamètes. Justifier pourquoi une dotation chromosomique impaire (triploïde) empêche une méiose correcte.
3. c) À partir de ce cas, argumenter pourquoi la réduction chromosomique de la méiose et la fécondation qui suit ne sont pas seulement un mécanisme de reproduction, mais une barrière essentielle à la stabilité des espèces à reproduction sexuée.

On analyse le caryotype d'un nouveau-né et l'on détecte une trisomie de la paire 21 ($47, XX, +21$). Pour déterminer l'origine de l'erreur, on étudie un marqueur génétique du chromosome 21 à trois allèles possibles (1, 2 et 3) :

• La mère est hétérozygote et présente les allèles 1 et 2.

• Le père est homozygote et présente uniquement l'allèle 3.

• Le bébé présente les trois allèles simultanément : 1, 2 et 3.

1. a) Déterminer, en justifiant, chez lequel des deux parents s'est produite la non-disjonction méiotique.
2. b) Déduire en raisonnant si l'erreur a eu lieu en anaphase I ou en anaphase II de la méiose, en tenant compte de la différence entre la séparation des chromosomes homologues et celle des chromatides sœurs.
3. c) Si la non-disjonction avait eu lieu en anaphase II chez le même parent, prévoir quelles combinaisons alléliques maternelles auraient pu apparaître chez le bébé au lieu de la présence simultanée des allèles 1 et 2.

Défi du thème. Comment les défauts de la division cellulaire influencent-ils la santé publique ? Devenir conseiller biomédical et analyser des données démographiques de l'Espagne pour mettre en évidence l'importance du cycle cellulaire dans la société.

1. Recueil de données : Accéder au site officiel de l'INE (ine.es). Dans la rubrique démographie, noter l'âge moyen à la maternité au cours de la dernière décennie (il avoisine les $32,6$ ans) et consulter le taux de décès par tumeurs d'après les statistiques des causes de décès.

2. Analyse cellulaire : Relier le cancer à la perte de contrôle dans les phases de l'interphase ($G_1$, $S$, $G_2$) et à une mitose emballée. Ensuite, justifier comment l'augmentation de l'âge des gamètes féminins accroît les erreurs de la méiose (non-disjonction en anaphase) et l'apparition d'aneuploïdies.

3. Production finale : Élaborer un rapport de vulgarisation d'une page comportant : un tableau et un graphique avec les données de l'INE, une infographie comparant mitose et méiose, et deux recommandations argumentées pour prévenir les altérations cellulaires (exposition aux mutagènes, mode de vie).

Seront évalués :

• La rigueur scientifique dans la description des phases du cycle cellulaire, de la mitose et de la méiose.

• La précision dans la recherche, l'analyse et la représentation des données de l'INE.

• La clarté et la qualité de vulgarisation du rapport et des propositions de prévention.