Les chats calico

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Génétique et évolution
Type : Pratique du raisonnement scientifique 2 | Année : 2016 | Académie : Pondichéry

 

7

Pondichéry • Avril 2016

pratique du raisonnement scientifique

Exercice 2 • 5 points

Les chats « calico »

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ph © Stephen D. Kramer/123rf.comPhotographie d’une chatte calico

 

Certains chats possèdent un pelage composé d’une mosaïque de taches blanches, rousses et noires. On les appelle des « calico ».

 

Chacune de ces mosaïques forme un motif unique qui permet de reconnaître un individu calico aussi sûrement qu’avec des empreintes digitales.

On a découvert que tous les chats calico sont des femelles.

 À l’aide de l’exploitation des documents proposés et de vos connaissances :

montrez que la méiose et la fécondation permettent d’expliquer les résultats du croisement présenté dans le document 2 ;

expliquez comment des chattes calico possédant un même génotype peuvent avoir des pelages différents.

Le candidat ne cherchera pas à expliquer la présence de poils blancs : ce travail ne porte que sur le déterminisme des taches rousses et noires.

DOCUMENT 1 Relation entre les allèles (O+ et O) portés par les chromosomes sexuels et la couleur du pelage chez le chat

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D’après A. Jaraud-Darnault, La paire de chromosomes sexuels subit la même méiose que les autres chromosomes, thèse, 2015.

DOCUMENT 2 Résultat d’un croisement

On croise un chat roux avec une chatte calico. Le tableau suivant présente le résultat de ce croisement.

Proportions

25 % des

descendants

25 % des

descendants

25 % des

descendants

25 % des

descendants

Phénotype

Calico

Poils roux

Poils roux

Poils noirs

Sexe

Femelles

Femelles

Mâles

Mâles

Aspects du pelage de trois des chatons femelles calico :

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DOCUMENT 3 La coloration d’un poil

Les mélanocytes sont des cellules qui fabriquent les pigments responsables de la coloration d’un poil. Les mélanocytes de chat produisent tous un pigment roux appelé « trichochrome ». Mais les mélanocytes peuvent aussi former un autre pigment, l’eumélanine, qui masque le trichochrome et rend le poil noir.

On a découvert que l’expression de l’allèle O+ empêche la biosynthèse d’eumélanine.

DOCUMENT 4 Le corpuscule de Barr

a. L’hypothèse de Mary Lyon

En 1949, le docteur Murray Barr découvre que le noyau de certaines cellules contient un amas d’ADN qu’il baptise « corpuscule de Barr ». Douze ans plus tard, la généticienne Mary Lyon propose que le corpuscule de Barr corresponde à un chromosome X inactivé. Les gènes de ce chromosome ne pourraient plus s’exprimer et seuls les gènes portés par l’autre chromosome X seraient utilisés par la cellule.

Selon cette hypothèse, dans une cellule embryonnaire possédant deux chromosomes X, c’est le hasard qui déterminerait lequel des deux se transforme en corpuscule de Barr. Toutes les cellules filles de la cellule embryonnaire conserveraient ensuite le même chromosome X inactivé.

b. Aspect du noyau d’un mélanocyte de chat mâle (A) et du noyau d’un mélanocyte de chatte calico (B)

Sur ce type d’image, un corpuscule de Barr apparaît sous la forme d’une tache blanche.

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D’après B. Hong et al., PNAS, 2001.

On retrouve les mêmes résultats dans tous les mélanocytes responsables des poils roux ou noirs des femelles.

Les clés du sujet

Comprendre le sujet

Le sujet repose sur les notions d’hérédité liée au sexe (le gène en cause est situé sur le chromosome X) et sur l’inactivation d’un des chromosomes X dans chaque cellule de l’organisme et notamment dans les mélanocytes, cellules qui synthétisent les pigments responsables de la couleur du pelage. Ces notions ne sont pas explicitement au programme mais le sujet fournit toutes les informations nécessaires, de sorte que vous n’avez qu’à les exploiter à l’aide de vos connaissances sur les chromosomes, la méiose et la fécondation.

Le sujet comporte deux questions. Il faut repérer les documents se rapportant à chacune d’elles : les documents 1 et 2 sont à exploiter pour la première question ; les documents 3 et 4 servent pour la deuxième question.

La question 1 demande de montrer comment méiose et fécondation expliquent les résultats d’un croisement. Il ne s’agit surtout pas de réciter toute la méiose et la fécondation, mais seulement de préciser les caractéristiques essentielles de ces phénomènes permettant de prévoir la descendance d’un croisement à l’aide d’un échiquier de croisement.

Les documents 3 et 4 apportent beaucoup d’informations. La difficulté est de ne pas les paraphraser et d’arriver à en dégager les points essentiels pour élaborer une réponse argumentée à la deuxième question.

Mobiliser ses connaissances

La méiose produit quatre cellules haploïdes à partir d’une cellule diploïde.

Au cours de la fécondation, un gamète mâle et un gamète femelle s’unissent : leur fusion conduit à un zygote. La diversité génétique potentielle des zygotes est immense.

Corrigé

Corrigé

I. Les résultats du croisement et leur interprétation

Les phénotypes de la descendance entre chats roux et chattes calico diffèrent avec le sexe. Si la moitié des femelles et des mâles ont le pelage roux, l’autre moitié des femelles a le pelage calico alors que l’autre moitié des mâles a le pelage noir. Pour interpréter ces résultats, il faut considérer les génotypes des parents.

Notez bien

L’écriture de ces génotypes est un peu spéciale : on traduit que le gène est situé sur le chromosome X uniquement en faisant précéder le symbole de l’allèle de la nature du chromosome qui le supporte. Le génotype relatif aux mâles indique que le chromosome Y ne possède pas ce gène.

Le document 1 indique que les chats roux ont le génotype XO+// Y et les chattes calico le génotype XO+//XO. Comme le gène en cause est porté par le chromosome X, et donc absent du chromosome Y, les mâles, contrairement aux femelles, ne possèdent qu’un seul allèle de ce gène.

La méiose conduit à la formation de gamètes mâles et femelles haploïdes à partir d’une cellule diploïde. Il y a séparation des chromosomes homologues (et donc des chromosomes sexuels) au cours de la première division, et séparation des chromatides de chaque chromosome lors de la deuxième division. Il en résulte que chaque gamète ne possède qu’un seul chromosome sexuel simple. En conséquence, les chats roux pour le gène considéré produisent deux types de gamètes, 50 % ayant le génotype XO+, 50 % le génotype Y. Les chattes produisent 50 % d’ovules XO+ et 50 % d’ovules XO.

Au cours de la fécondation, la rencontre des gamètes s’effectue au hasard. Un spermatozoïde de génotype XO+ a la même probabilité de féconder un ovule XO+ qu’un ovule XO. Il en est de même pour un spermatozoïde Y.

Ces caractéristiques de la méiose et de la fécondation permettent de construire l’échiquier de croisement prévisionnel de la descendance du croisement entre chats roux et chattes calico :

Ovules

Spermatozoïdes

½ XO+

½ XO

1/2 XO+

¼ XO+//XO+

[F pelage roux]

¼ XO//XO+

[F calico]

1/2 Y

¼ XO+//Y

[M pelage roux]

¼ XO//Y

[M pelage noir]

F = Femelle / M = Mâle

On constate que les phénotypes prévus et leurs pourcentages sont bien identiques à ceux réellement observés. Cela valide l’interprétation proposée : les phénotypes de la descendance ne sont que les conséquences des mécanismes de la méiose et de la fécondation.

II. Interprétation du pelage différent des chattes calico

Les dessins des trois chattes calico résultant du croisement précédemment analysé montrent que la répartition des taches rousses et noires du pelage diffère d’une chatte à l’autre. Elles ont donc des phénotypes différents. Or, l’interprétation précédente indique qu’elles ont le même génotype XO+//XO. Le problème est donc de trouver une explication à cette divergence entre les phénotypes des chattes ayant le même génotype. Pour cela, on recherche d’abord une explication à l’existence de couleurs différentes du pelage chez un même animal.

Notez bien

Le corrigé exploite les informations du sujet sans les paraphraser c’est-à-dire en ne faisant que les répéter.

Le document 3 indique que « l’expression de l’allèle O+ empêche la biosynthèse d’eumélanine, pigment responsable de la couleur noire du pelage ». Si les deux allèles s’exprimaient dans tous les mélanocytes d’une chatte calico, il ne devrait pas y avoir de régions à pelage noir car tous ses mélanocytes, hétérozygotes, possèdent l’allèle O+ qui empêche la synthèse du pigment noir. On est donc conduit à l’hypothèse que, dans certaines régions du corps, l’allèle O+ ne s’exprime pas alors qu’il s’exprime dans d’autres régions.

Le document 4a complète cette hypothèse : chez une femelle, ce serait tous les allèles des gènes portés par un chromosome X qui seraient inactivés, cette inactivation de l’un des deux chromosomes X de chaque cellule se traduisant par l’apparition d’un corpuscule de Barr.

Le document 4b permet de tester cette hypothèse, car le corpuscule de Barr est identifié par une tache blanche. Les mélanocytes des mâles ne possèdent pas de corpuscule de Barr, ce qui indique que les gènes portés par leur unique chromosome X s’expriment. Tous les mélanocytes des femelles n’ont qu’une seule tache blanche, ce qui traduit l’inactivation d’un seul chromosome X. La couleur du pelage dépend donc de la nature du seul allèle du gène O qui s’exprime dans les mélanocytes d’une région du corps, ce qui confirme l’hypothèse.

On peut maintenant expliquer l’existence de zones rousses et de zones noires dans le pelage d’une chatte calico par une inactivation différente des deux chromosomes X selon les régions du corps. Lorsque le chromosome porteur de l’allèle O+ est inactivé, seul s’exprime l’allèle O situé sur l’autre chromosome X et le pelage est noir. Si seul l’allèle O+ s’exprime, le pelage est roux.

Bilan

Il reste à expliquer les pelages différents des chattes calico. Le document 4a indique que l’inactivation d’un des chromosomes X a lieu au cours du développement embryonnaire dans chaque cellule de l’embryon et précise que c’est le hasard qui détermine lequel des deux chromosomes X est inactivé dans telle ou telle cellule embryonnaire. En outre, toutes les cellules de l’animal qui sont issues d’une cellule embryonnaire où s’est initiée l’inactivation d’un chromosome X ont conservé la même inactivation. Comme l’inactivation des chromosomes X des cellules embryonnaires s’effectue au hasard, elle diffère d’un embryon à un autre de sorte que les chattes calico ont un pelage où la répartition des taches rousses et noires est différente.