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TS Ch1 -Les débuts de la génétique - les travaux de Mendel - 1870

Spécialité - thème : Des débuts de la génétique aux enjeux actuels des biotechnologies

Comment s’est effectuée la construction du savoir dans le domaine de la génétique durant les 130 dernières années ?

  • l’élaboration d’une théorie scientifique
  • les technologies utilisées en génétique
    Quels sont les enjeux ?

    Ch 1 : Les débuts de la génétique - les travaux de Mendel - 1870

    Comment s’effectue la transmission des caractères d’une génération à l’autre ?
    TP1 dissection florale
    TP2 expérience de monohybridisme


    Situation initiale :
    Les conceptions de l’hérédité à l’époque de Mendel, fin XIXè siècle.

    La théorie de l’hérédité par mélange est largement acceptée à l’époque. Selon cette théorie, les déterminants d’un caractère donné fusionnent après la fécondation. Les caractères des descendants seraient exactement intermédiaires entre ceux des parents.
    A l’époque de Mendel, les chromosomes, supports de l’hérédité, la notion de gène, d’allèle et les mécanismes de la mitose et de la méiose ne sont pas encore connus. Mendel raisonne uniquement sur la transmission des caractères héréditaires.

    TP1 - Dissection florale "La fleur, matériel d’expérimentation utilisé par Grégor Mendel"
    Fleur à disséquer et fiche de l’organisation florale extraite de l’Atlas de Biologie végétale de Rolland
    Mettre en évidence par une présentation soignée, les différentes parties de la fleur.
    Par comparaison avec le fruit, présenter par un schéma fonctionnel le mécanisme de fécondation.
    Vocabulaire demandé :
    partie mâle : pollen, anthère, étamine ou androcée
    partie femelle : carpelle, pistil ou gynécée, stigmate, style, ovaire, ovule
    ensemble des pétales = corolle
    ensemble des sépales = calice
    Votre présentation mettra en évidence que la fleur est un ensemble reproducteur.

    I- Le caractère novateur des travaux de Mendel

    Mendel utilise une méthode innovante pour son époque, la démarche expérimentale. Il sélectionne des plantes dont les caractères sont stables et transmis sans changement sur plusieurs générations : ce sont des lignées pures (P).
    D’autre part, Mendel utilise pour la première fois en biologie l’outil mathématique : les statistiques. Il multiplie les observations pour gommer l’effet du hasard, présente ses résultats sous forme d’équations, calcule des moyennes.

    TP2 - Expériences de monohybridisme
    Après avoir présenté grâce aux documents la méthode de travail de Grégor Mendel, vous montrerez en quoi les résultats obtenus pour la génération F1 réfutent le principe de l’hérédité par mélange. Docs p88 à 91
    Calculer le pourcentage de chaque type de graines obtenues en F2. Emettre une hypothèse explicative de ces résultats (Hypothèse intermédiaire. Présence du caractère récessif a conjointement à A dans la génération hybride). Ces résultats sont-ils conformes aux prévisions statistiques ?

    II- Les lois de Mendel

    1) Le concept d’hérédité particulaire

    D’après ce concept, les caractères sont transmis de génération en génération par des particules distinctes. Ce support matériel est dénommé "facteur mendélien". Il correspond au gène (inconnu à l’époque).
    Le caractère visible en F1 est "dominant" : A.
    Le caractère qui réapparaît en F2 est "récessif" : a.

    2) Interprétation cellulaire des résultats de Mendel et rôle des cellules sexuelles

    Mendel explique les proportions observées des hybrides par le fait que les cellules sexuelles participent de manière égale à la fécondation.

    P1xP2 = Génération F1

  • Bien que présentant tous le caractère dominant, les hybrides de la génération F1 possèdent le facteur héréditaire récessif, mais non exprimé.
    A = facteur dominant
    a = facteur récessif

    Génération F1 : tous les individus Aa

  • Lors de la formation des gamètes, les deux versions se séparent : gamètes A ou gamètes a.
  • Lors de la fécondation, les facteurs se réassocient selon des combinaisons variées.

    F1xF1 = Génération F2

  • 3/4 des individus possèdent le trait dominant A, 1/4 le trait récessif a.
    Ainsi en génération F2, "les caractères récessifs réapparaissent dans toute leur intégrité".
    Les proportions obtenues (3/4 de trait dominant et 1/4 de trait récessif) s’expliquent par le calcul statistique.

    3) Ségrégation indépendante des facteurs héréditaires

    Expériences de dihybridisme

    Lors de croisements entre des variétés qui diffèrent par deux caractères, Mendel observe que ces caractères se transmettent indépendamment l’un de l’autre.

    TP expérience de dihybridisme (non exigible) p93

    (A+2Aa+a)x(B+2Bb+b) = AB+2ABb+Ab +2AaB+4AaBb+2Aab+aB+2aBb+ab
    16 possibilités :
    A 12/16 ¾
    a 4/16 ¼
    B 12/16 ¾
    b 4/16 ¼
    « Les versions alternatives d’un caractère donné se transmettent indépendamment des versions alternatives d’un autre caractère. »

    Bilan

    Démarche expérimentale, travaux de Mendel

    Résultats des hybridations F1

    Théorie de l’hérédité par mélange

    contradiction, écart d’où problématique  :
    Comment expliquer la disparition d’un des caractères parentaux dans la génération hybride F1 ?

    Hypothèse  : Si le caractère disparu est encore présent de façon cachée dans la génération F1
    Déduction ou conséquence vérifiable : alors il devrait réapparaître en génération F2 selon les prévisions des statistiques ¾ A, ¼ a
    Expérimentation : Expérience de monohybridisme
    Résultats confrontés à l’hypothèse.

    Lois de Mendel :

    1 Hérédité particulaire : "facteur mendélien"

    2 Ségrégation indépendante des caractères (dihybrides)

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