Construire et utiliser un kit "modèle de chromosomes" Organisation et dynamique du patrimoine génétique porté par les chromosomes

Le dispositif décrit dans cet article permet de vérifier que les notions de génétiques étudiées en classe sont acquises ou de consolider des notions en cours d’acquisition.

Exploitations possibles :

En classe de Seconde, pour vérifier l’acquisition des notions de bases de génétiques : paires de chromosomes, gène, locus, allèles … [cf Troisième – Diversité et unité des êtres humains] indispensables pour comprendre la variabilité de la molécule d’ADN et les modifications de la fréquence des allèles par les mécanismes évolutifs (sélection et dérive génétique) [cf Seconde - Thème 1 La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant : une planète habitée]
En classe de Première S pour vérifier l’acquisition des notions sur le déroulement du cycle cellulaire (réplication de l’ADN qui fait apparaitre une chromatide sœur génétiquement identique, séparation et répartition du matériel génétique au cours des étapes de la mitose) [Thème 1-A Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique]
En Terminales S, pour vérifier l’acquisition des notions concernant le déroulement de la méiose (séparation des paires de chromosomes homologues puis des chromatides sœurs) et les brassages génétiques associés à la méiose (homozygotie et hétérozygotie, gènes liés et gènes indépendants, crossing-over en prophase I, migration aléatoire du matériel génétique en anaphase I, crossing-over inégal). [Thème 1-A Génétique et évolution]


Figure 0 : Modèle de chromosomes

Liste du matériel :

-  Tasseaux découpés (ici d’environ 2 cm de section) représentant les chromatides et percés pour l’emplacement des loci. Figure 1
-  Clous colorés permettant de représenter les allèles (certains fabricants de jouets créatifs proposent différents tons d’une même couleur pouvant être utilisés pour représenter les différents allèles d’un même gène) Figure 1
-  Chevilles en bois (diamètre 6 mm ici) ou métalliques, pour relier les deux chromatides sœurs au niveau du centromère et pour assembler les portions de chromatides dissociées puis réassociées lors du crossing-over (normal ou inégal)

Figure 1 : Présentation générale du matériel utilisé

Première étape de la préparation des tasseaux :

Les tasseaux découpés présentent plusieurs particularités :
- Deux longueurs différentes sont à prévoir (ici 15 et 10 cm) pour représenter deux paires différentes de chromosomes homologues (raisonnement sur une cellule 2n = 4).
- Perçage de petits trous sur une face (ici 4 mm de diamètre) permettant de positionner les différents allèles.
- Perçage d’un trou de plus grand diamètre (ici 6 mm) latéralement pour représenter les centromères (les chevilles en bois/métal permettent de connecter deux chromatides sœurs).
- Attention à sa localisation dans le cas des modèles de crossing-over !

Figure 2-a : Schéma d’un tasseau

Le résultat obtenu :


Figure 2-b : Deux paires de chromosomes homologues monochromatidiens, où sont localisés deux gènes indépendants, avant réplication de l’ADN


Figure 2-c : Deux paires de chromosomes homologues bichromatidiens, où sont localisés deux gènes indépendants,
après réplication de l’ADN

Deuxième étape de la préparation des tasseaux :

Certains chromosomes ont été recoupés pour rendre dissociables plusieurs portions d’une chromatide et procéder à un échange avec la chromatide non sœur de la paire de chromosome homologue.
- Perçage supplémentaire à prévoir

Figure 3-a : Schéma des chromatides utilisées pour modéliser le crossing-over (seul le percement supplémentaire, par rapport au schéma de la figure 2-a, est représenté)

Deux versions à prévoir :
-  crossing-over normal (deux portions de même taille échangées) :

Figure 3-b : Schéma des tasseaux constitués de deux portions amovibles l’une par rapport à l’autre permettant de représenter le crossing-over normal (illustration du brassage intrachromosomique avec apparition de nouvelles combinaisons alléliques sur les chromatides recombinées).
-  crossing-over inégal (deux portions de taille différente échangées) :

Figure 3-c : Schéma des tasseaux constitués de deux portions amovibles l’une par rapport à l’autre permettant de représenter le crossing-over inégal (illustration de la perte ou du gain de matériel génétique sur certaines chromatides permettant d’envisager une explication aux familles multigéniques).

Utilisation possible du matériel :

Le dispositif, décrit précédemment, permet de vérifier que les notions de génétiques étudiées en classe sont acquises ou de consolider des notions en cours d’acquisition.

- L’objectif de la séance est expliqué aux élèves et le travail organisé en de nombreuses étapes entrecoupées de discussion avec le professeur.

- Les élèves manipulent de manière autonome le matériel mis à leur disposition. Le professeur peut ainsi valider le travail à la fin de chaque étape et donner des pistes de correction en cas d’erreur décelée instantanément.

- Recommandation : mise en œuvre conseillée en effectif très réduit pour amener l’élève à être actif et à se corriger graduellement pour s’approprier les notions.

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