Exercices: La mitose et la méiose

Ordonner les phases suivantes de la mitose : anaphase, télophase, prophase et métaphase, et décrire en une phrase l'événement le plus caractéristique de chacune.

On observe quatre cellules animales à différentes phases de la mitose, numérotées de 1 à 4 :

• Cellule 1 : chromosomes condensés dispersés et rupture de l'enveloppe nucléaire.

• Cellule 2 : chromosomes alignés dans le plan équatorial.

• Cellule 3 : chromatides sœurs séparées se déplaçant vers des pôles opposés.

• Cellule 4 : chromosomes aux pôles opposés de la cellule et formation d'un sillon d'étranglement.

Identifier quelle phase (prophase, métaphase, anaphase ou télophase) correspond à chaque cellule numérotée et justifier votre réponse en décrivant un caractère observable dans chacune.

Combien de cellules filles obtient-on après une mitose et après une méiose complète ? Indiquer en outre la dotation chromosomique de ces cellules filles par rapport à la cellule mère dans chaque processus.

Expliquer la fonction biologique de la mitose chez les organismes pluricellulaires et donner deux exemples de processus dans lesquels elle intervient de façon essentielle.

Qu'est-ce que la fécondation ? Expliquer pourquoi la méiose est indispensable pour que le nombre de chromosomes reste constant d'une génération à l'autre chez les espèces à reproduction sexuée.

Pendant la prophase I de la méiose se produit le crossing-over (enjambement). Expliquer en quoi consiste ce phénomène et quelle conséquence il a sur la variabilité génétique des gamètes.

Dans les gonades d'un organisme diploïde avec $2n = 14$, on isole quatre cellules à différentes étapes de la division cellulaire (appelées A, B, C et D) et l'on quantifie leurs structures chromosomiques :

• Cellule A : elle présente 7 bivalents (tétrades) alignés sur la plaque équatoriale, soit un total de 28 chromatides.

• Cellule B : elle présente 14 chromosomes alignés individuellement à l'équateur de la cellule, avec 28 molécules d'ADN bicaténaire au total.

• Cellule C : elle présente 7 chromosomes de 2 chromatides chacun, disposés sur la plaque équatoriale.

• Cellule D : elle présente 7 chromosomes constitués d'une seule chromatide non dupliquée.

1. a) Identifier en argumentant à quelle phase précise de la mitose ou de la méiose correspond chacune des cellules A, B, C et D.
2. b) Si, durant l'anaphase qui suit l'étape observée dans la cellule C, se produit la non-disjonction des chromatides sœurs d'un chromosome, prévoir la dotation chromosomique exacte des deux cellules filles issues directement de cette division.

Grâce à des techniques d'hybridation in situ en fluorescence (FISH), on marque avec une sonde verte le centromère du chromosome 3 paternel et avec une sonde rouge le centromère du chromosome 3 maternel dans des cellules d'un individu diploïde. Au microscope, on observe trois cellules bloquées en métaphase :

• Cellule 1 : elle montre un signal vert double et un signal rouge double étroitement associés en paires sur la plaque équatoriale.

• Cellule 2 : elle montre le signal vert double et le signal rouge double alignés indépendamment le long de la même plaque équatoriale.

• Cellule 3 : elle montre uniquement un signal rouge double aligné sur la plaque équatoriale, sans aucun signal vert dans toute la cellule.

1. a) Déduire en argumentant à quelle métaphase (mitotique, méiotique I ou méiotique II) correspond chacune des trois cellules observées, à partir de la présence, de l'absence et de l'orientation des centromères des deux homologues.
2. b) Prévoir quels signaux fluorescents et combien de chromatides du chromosome 3 recevra chacune des cellules filles après l'anaphase de la cellule 1 par comparaison avec l'anaphase de la cellule 2.

Un couple a un enfant atteint du syndrome de Down (trisomie 21 libre). Pour déterminer l'origine de l'anomalie, on analyse les allèles d'un marqueur microsatellite situé très près du centromère du chromosome 21, où le taux de crossing-over est négligeable :

• Père : homozygote pour l'allèle $A_1$.

• Mère : hétérozygote pour les allèles $A_2$ et $A_3$.

• Enfant atteint du syndrome de Down : génotype $A_1 A_2 A_3$.

1. a) Déduire en argumentant chez quel parent s'est produite l'erreur méiotique et démontrer sans ambiguïté si la non-disjonction a eu lieu pendant l'anaphase I ou pendant l'anaphase II.
2. b) Si l'erreur de non-disjonction s'était produite dans l'autre division méiotique du même parent, prévoir quels génotypes alternatifs l'enfant aurait pu hériter pour les allèles maternels et quel pourcentage des quatre produits de cette méiose aurait été totalement euploïde ($n = 23$).