Karamö, le prof virtuelLeçon 10 sur 29
La répartition des chromosomes paternels et maternels à la fécondation
Je sais expliquer comment les chromosomes paternels et maternels se répartissent au hasard dans les gamètes puis se réunissent à la fécondation, et calculer le nombre de combinaisons possibles.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Expliquer la répartition au hasard des chromosomes homologues pendant la méiose
- Calculer le nombre de types de gamètes (2^n) et de cellules-œufs possibles
- Construire un échiquier de croisement pour une espèce à petit nombre de chromosomes
- Expliquer l'unicité de chaque individu et la différence entre vrais et faux jumeaux
Avant de commencer : Les leçons « La formation des gamètes » (méiose, 2n → n) et « Le déterminisme chromosomique du sexe » (échiquier de croisement) ; savoir calculer une puissance de 2.
1Je découvre
À Kankan, Sékou a trois grandes sœurs : Nantènin, Djénabou et Kadiatou. Elles ont le même père et la même mère, et pourtant elles ne se ressemblent pas : Nantènin a le nez de leur grand-père paternel, Djénabou la voix de leur grand-mère maternelle, Kadiatou le rire de leur père. Seules deux cousines, des vraies jumelles, sont impossibles à distinguer.
En classe, Sékou fait le lien avec la leçon précédente : chaque enfant reçoit 23 chromosomes de son père et 23 de sa mère. « Mais alors, pourquoi mes sœurs ne sont-elles pas identiques ? Elles ont reçu les chromosomes des mêmes parents ! » Le professeur répond : « Elles ont reçu des chromosomes des mêmes parents, mais pas forcément les mêmes chromosomes. Tout dépend du hasard. »
Comment les chromosomes du père et de la mère se répartissent-ils dans les gamètes puis dans la cellule-œuf, et pourquoi chaque enfant est-il unique ?
2Je comprends
1. D'où viennent les chromosomes d'une cellule ?
Dans chaque cellule de ton corps, chaque paire de chromosomes homologues comprend :
- un chromosome d'origine paternelle (apporté par le spermatozoïde de ton père) ;
- un chromosome d'origine maternelle (apporté par l'ovule de ta mère).
Tu as donc 23 chromosomes paternels et 23 chromosomes maternels. Mais tes propres parents, eux aussi, ont chacun reçu la moitié de leurs chromosomes de leur père et l'autre moitié de leur mère (tes grands-parents).
2. Pendant la méiose : une répartition au hasard
Lors de la première division de la méiose, les deux chromosomes de chaque paire se séparent : l'un va dans une cellule, l'autre dans l'autre cellule. Le point essentiel est que chaque paire se sépare indépendamment des autres : le chromosome d'origine paternelle d'une paire peut partir du même côté que le chromosome d'origine maternelle d'une autre paire. On parle de brassage des chromosomes (ou brassage interchromosomique).
Pour chaque paire, il y a 2 possibilités. Pour une espèce qui a n paires, le nombre de types de gamètes différents est donc :
nombre de gamètes différents = 2n
Exemple
Une espèce a 2n = 4 chromosomes : une paire de grands chromosomes (G1 venant du père, G2 venant de la mère) et une paire de petits (P1 du père, P2 de la mère). Quels gamètes peut-elle produire ?
Chaque gamète reçoit un grand et un petit chromosome.
Possibilités : G1 + P1 ; G1 + P2 ; G2 + P1 ; G2 + P2.
On trouve 4 types de gamètes, et 2^2 = 4 : la formule est vérifiée.
Seuls 2 types (G1 + P1 et G2 + P2) sont identiques aux gamètes qui avaient formé l'individu.
- 1Cellule mère 2n = 4 : grands chromosomes G1 (paternel) et G2 (maternel), petits P1 (paternel) et P2 (maternel)
- 2Première division, cas 1 : G1 part avec P1, G2 part avec P2
- 3Première division, cas 2 : G1 part avec P2, G2 part avec P1
- 4Les deux cas sont également probables : on obtient 4 types de gamètes, G1P1, G2P2, G1P2, G2P1
Chez l'être humain, n = 23 paires :
223 = 8 388 608.
Un homme peut donc produire plus de 8 millions de types de spermatozoïdes différents, et une femme autant de types d'ovules, rien que par ce brassage.
De plus, lors de la première division, les chromosomes homologues peuvent échanger des morceaux entre eux (on appelle cela le crossing-over). Cela augmente encore énormément la diversité des gamètes. Tu l'étudieras plus en détail au lycée.
3. La fécondation : une rencontre au hasard
À la fécondation, n'importe quel spermatozoïde peut rencontrer n'importe quel ovule. Le nombre de cellules-œufs différentes possibles est donc :
nombre de cellules-œufs = 2n × 2n
Chez l'homme : 223 × 223 = 246 ≈ 7 × 1013, soit environ 70 000 milliards de combinaisons pour un même couple, rien qu'avec le brassage des chromosomes entiers. C'est bien plus que le nombre d'êtres humains ayant jamais vécu. Voilà pourquoi deux frères et sœurs (sauf les vrais jumeaux) ne sont jamais génétiquement identiques.
La cellule-œuf reçoit un chromosome de chaque paire du père et un chromosome de chaque paire de la mère : elle retrouve ainsi 2n chromosomes groupés en paires, avec un chromosome paternel et un chromosome maternel dans chaque paire.
Méthode
Pour construire un échiquier de fécondation :
- Je détermine les gamètes possibles du père (2^n types) et je les écris dans la première colonne.
- Je détermine les gamètes possibles de la mère et je les écris dans la première ligne.
- Dans chaque case, je réunis le gamète de la ligne et celui de la colonne : c'est la cellule-œuf.
- Je compte le nombre de cases : il vaut 2^n × 2^n.
- Je vérifie que chaque cellule-œuf possède bien 2n chromosomes, en paires.
Exemple
Chez une espèce à 2n = 2 (une seule paire), le père possède les chromosomes A1 et A2, la mère les chromosomes B1 et B2. Construis l'échiquier de fécondation.
Gamètes du père : A1 ou A2 (2^1 = 2 types). Gamètes de la mère : B1 ou B2.
Échiquier : A1B1 ; A1B2 ; A2B1 ; A2B2.
On obtient 2 × 2 = 4 cellules-œufs différentes, chacune avec une paire formée d'un chromosome du père et d'un chromosome de la mère.
Chaque combinaison a une probabilité de 1/4.
| Gamètes du père ↓ / de la mère → | B1 | B2 |
|---|---|---|
| A1 | A1 B1 | A1 B2 |
| A2 | A2 B1 | A2 B2 |
4. Des chromosomes des quatre grands-parents
Comme ton père a reçu la moitié de ses chromosomes de son père et l'autre de sa mère, un spermatozoïde de ton père contient un mélange de chromosomes de tes deux grands-parents paternels. Il en est de même pour l'ovule avec tes grands-parents maternels. C'est pourquoi un enfant peut ressembler à l'un de ses grands-parents plus qu'à ses parents, et ses frères et sœurs à d'autres grands-parents.
5. Vrais et faux jumeaux
- Les vrais jumeaux (jumeaux monozygotes) proviennent d'une seule cellule-œuf (un ovule fécondé par un spermatozoïde) qui s'est séparée en deux au début du développement. Ils ont exactement les mêmes chromosomes : ils sont toujours du même sexe et se ressemblent énormément.
- Les faux jumeaux (jumeaux dizygotes) proviennent de deux ovules fécondés par deux spermatozoïdes différents, au même moment. Ils sont génétiquement aussi différents que deux frères et sœurs ordinaires et peuvent être de sexes différents.
3Je retiens
Je retiens
Chaque paire de chromosomes d'une cellule contient un chromosome paternel et un chromosome maternel.
À la méiose, les paires se séparent indépendamment les unes des autres : c'est le brassage des chromosomes.
Nombre de types de gamètes = 2^n ; chez l'homme, 2^23 = 8 388 608.
À la fécondation, les gamètes se rencontrent au hasard : 2^n × 2^n cellules-œufs possibles (2^46 ≈ 7 × 10^13 chez l'homme).
La fécondation rétablit 2n chromosomes groupés en paires (un paternel + un maternel par paire).
Méiose + fécondation font de chaque individu un être unique, sauf les vrais jumeaux (issus d'une même cellule-œuf).
4Erreurs fréquentes
- Écrire 2 × n au lieu de 2^n : chez une espèce à n = 3 paires, il y a 2^3 = 8 gamètes différents, pas 6.
- Utiliser 2n au lieu de n dans la formule : on compte les PAIRES ; chez l'homme c'est 2^23, pas 2^46, pour les gamètes.
- Croire que tous les chromosomes paternels partent ensemble dans le même gamète : chaque paire se sépare indépendamment.
- Confondre vrais et faux jumeaux : les vrais proviennent d'un seul œuf, les faux de deux œufs.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Calcule le nombre de types de gamètes différents chez : a) la drosophile (2n = 8) ; b) le pois (2n = 14) ; c) le maïs (2n = 20).
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a) Drosophile : n = 4, 24 = 16 types de gamètes.
b) Pois : n = 7, 27 = 128 types.
c) Maïs : n = 10, 210 = 1 024 types.
2Exercice 2
Une espèce a 2n = 6 chromosomes. Le père a les paires (A1, A2), (B1, B2), (C1, C2).
a) Combien de types de spermatozoïdes peut-il produire ?
b) Écris-les tous.
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a) n = 3 paires, donc 23 = 8 types de spermatozoïdes.
b) A1B1C1 ; A1B1C2 ; A1B2C1 ; A1B2C2 ; A2B1C1 ; A2B1C2 ; A2B2C1 ; A2B2C2.
3Exercice 3
Chez la drosophile (2n = 8), combien de cellules-œufs différentes un couple peut-il former par le seul brassage des chromosomes ?
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n = 4 : 16 types de spermatozoïdes et 16 types d'ovules. Nombre de cellules-œufs : 16 × 16 = 256.
4Exercice 4
Des jumeaux de Dabola, un garçon et une fille, viennent de naître. S'agit-il de vrais ou de faux jumeaux ? Justifie.
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Ce sont de faux jumeaux. Les vrais jumeaux proviennent d'une seule cellule-œuf et ont les mêmes chromosomes, donc le même sexe. Un garçon (XY) et une fille (XX) proviennent forcément de deux cellules-œufs différentes.
5Exercice 5
(Type BEPC) On considère une espèce à 2n = 4. Le père possède les chromosomes G1, G2 (grande paire) et P1, P2 (petite paire). La mère possède les chromosomes g1, g2 et p1, p2.
a) Écris les gamètes possibles du père, puis ceux de la mère.
b) Combien de cellules-œufs différentes peuvent se former ? Justifie par un calcul.
c) Donne deux exemples de cellules-œufs et vérifie qu'elles ont 2n = 4 chromosomes en paires.
d) Explique pourquoi deux enfants de ce couple ont très peu de chances d'être génétiquement identiques.
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a) Gamètes du père : G1P1, G1P2, G2P1, G2P2. Gamètes de la mère : g1p1, g1p2, g2p1, g2p2.
b) 22 = 4 types de gamètes chez chaque parent : 4 × 4 = 16 cellules-œufs différentes.
c) Exemple 1 : G1P2 + g2p1 donne G1 g2 P2 p1, soit une grande paire (G1, g2) et une petite paire (P2, p1) : 4 chromosomes en 2 paires. Exemple 2 : G2P2 + g1p1 donne la grande paire (G2, g1) et la petite paire (P2, p1) : 4 chromosomes en 2 paires.
d) Chaque enfant provient d'une rencontre au hasard entre un spermatozoïde et un ovule, choisis parmi de nombreux types différents. La probabilité que deux enfants reçoivent exactement la même combinaison est faible (ici 116 pour deux enfants, et infime chez l'homme où il y a environ 7 × 1013 combinaisons). Sauf s'ils sont de vrais jumeaux, ils sont donc génétiquement différents.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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