Remaniements chromosomiques chez l’arabette des dames

LIAISON AVEC LE PROGRAMME
Niveau concerné TS obligatoire
Partie du programme Thème 1-A-2 Diversification génétique et diversification des êtres vivants
PLACE DANS LA PROGRESSION
Thème 1A-1 : Les élèves ont étudié les mécanismes de la reproduction sexuée, de la méiose (dont crossing-over) et les brassages génétiques
PROBLEME A RESOUDRE
Comment une espèce de caryotype 2n = 16 peut-elle être à l’origine d’une espèce à 2n = 10 ?
NOTIONS, COMPETENCES
Notions Un nouveau caryotype se crée par remaniements chromosomiques d’un caryotype ancestral
Compétences Exploiter un modèle analogique.
ACTIVITE
Durée : 1h30 Coût : peu élevé (briques de jeu) Sécurité : aucun problème
  • Matériel et ressources :
    Briques de jeu de couleurs différentes (type LEGO®).
  • Déroulement de l’activité :
    TP remaniements chromosomiques

Voici trois espèces de brassicacées :

Arabidopsis lyrata Arabidopsis thaliana Capsella rubella

(Passerelle possible avec le thème 1A5 – vie fixée : organisation commune des fleurs de ces trois espèces)

Le caryotype de A. lyrata et C. rubella est de 2n = 16 alors que celui de A. thaliana est de 2n = 10. Ces trois espèces dérivent d’une même espèce ancestrale. Le caryotype de cette espèce ancestrale a été reconstitué à partir de ceux d’Arabidopsis lyrata et de Capsella rubella (n=8 chromosomes).

Le problème est donc de comprendre comment on peut passer d’un caryotype de n=8 à un caryotype de n=5.

1. Modélisation de différents remaniements chromosomiques :

On donne aux élèves les deux chromosomes suivants, qui représentent deux chromosomes A et B de l’espèce ancestrale (brique noire = centromère) :

Et la photo (ou le modèle) de ce qu’ils doivent obtenir :
PNG

Ils doivent trouver les mécanismes permettant de former cet unique chromosome à partir des deux chromosomes initiaux (ils doivent tenir compte du nombre et des couleurs de chaque brique).

1) Inversion péricentrique sur le chromosome B :

2) Translocation d’une partie du bras long du chromosome B sur le chromosome A et élimination du reste du chromosome B :

Ressource  : Réduction du nombre de chromosomes via des mécanismes d’inversion périphérique et de translocation réciproque. (The ABC’s of comparative genomics in the Brassicaceae : building blocks of crucifer genomes 2006 (M. Eric Schranz, Martin A. Lysak and Thomas Mitchell-Olds)

2. Passage du modèle à la réalité :
On montre aux élèves des résultats de comparaison par « chromosome painting » entre certains chromosomes du caryotype d’Arabidopsis lyrata (notés AK ; proche du caryotype ancestral) et du caryotype d’Arabidopsis thaliana (notés AT).
La technologie connue dans la littérature sous le nom de « chromosome painting » utilise des sondes fluorescentes homologues certaines des séquences d’un chromosome déterminé ; seul le chromosome hybridé apparaît fluorescent au stade métaphase de la méiose.

Résultat pour les chromosomes 1 et 2 d’Arabidopsis lyrata et le chromosome 1 d’Arabidopsis thaliana

On en déduit que le chromosome AT1 provient de la fusion des deux chromosomes AK1 et AK2.

On leur distribue alors, le caryotype ancestral. On leur montre celui d’Arabidopsis thaliana et on leur demande de colorier les chromosomes et par découpage / collage de ces chromosomes de reconstituer tous les remaniements chromosomiques à l’origine de cette réduction du nombre de chromosomes (activité sur informatique possible aussi avec un simple traitement de texte ou logiciel de présentation).


Sources :
Merci à Corine ENARD de l’INRA de Versailles, qui m’a fourni les différents documents et a relu cette publication :
-  The ABC’s of comparative genomics in the Brassicaceae : building blocks of crucifer genomes 2006 (M. Eric Schranz, Martin A. Lysak and Thomas Mitchell-Olds)
-  Référence pour l’enseignement :

  • http://www.pnas.org/content/103/13/5224/F1.expansion.html, issue de : Mechanisms of chromosome number reduction in Arabidopsis thaliana and related Brassicaceae species (Martin A. Lysak * , Alexandre Berr, Ales Pecinka, Renate Schmidt, Kim McBreen, and,Ingo Schubert)
  • Arabidopsis lyrata : une nouvelle espèce modèle pouvant contribuer à l’étude de l’évolution des génomes et de la spéciation chez les plantes (thèse de julien Beaulieu – 2008)

Merci à Alexandra, élève de T4 au lycée PISSARRO qui a testé ce TP.

COMMUNICATION DES RESULTATS, OBSERVATIONS, RECHERCHES

- Les différentes étapes de la modélisation peuvent être photographiées, les images peuvent être intégrées dans un compte-rendu numérisé.
- La manipulation du caryotype ancestral peut être réalisée par informatique ou manuellement. Les élèves conservent leur résultat.

EVALUATIONS POSSIBLES

Eventuellement, évaluation possible de l’utilisation de l’outil informatique.

COMMENTAIRES

Aides ponctuelles indispensables pendant la modélisation.

Christine PERES (lycée Camille Pissarro – Pontoise)

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