Génétique et évolution — exercices corrigés

À partir d'une cellule mère diploïde, combien de cellules filles la méiose produit-elle, et de quelle ploïdie ?

Que sépare-t-on lors de l'anaphase I de la méiose ?

Au cours de la méiose, l'ADN est répliqué une seule fois, avant la méiose I.

À quel moment de la méiose se produit le crossing-over (brassage intrachromosomique) ?

Une cellule humaine ordinaire contient 46 chromosomes (2n = 46). Combien de chromosomes contient un gamète humain (n) ?

Quel est le rôle de la fécondation vis-à-vis de la ploïdie ?

La sélection naturelle crée les allèles avantageux dont une population a besoin pour s'adapter à son environnement.

Qu'est-ce qui évolue au sens biologique du terme ?

L'effet de la dérive génétique est d'autant plus fort que la population est petite.

Selon la définition biologique de l'espèce, deux individus appartiennent à la même espèce s'ils peuvent :

Une espèce possède une garniture chromosomique $2n=8$. En ne tenant compte que du brassage interchromosomique, combien de types de gamètes génétiquement différents un individu peut-il produire ?

Dans une population, un gène possède deux allèles A et a. La fréquence de l'allèle A vaut $p=\mathrm{0,8}$. Quelle est la fréquence $q$ de l'allèle a ?

Dans une population à l'équilibre de Hardy-Weinberg, la fréquence de l'allèle récessif a vaut $q=\mathrm{0,2}$. Quelle est la fréquence attendue des individus homozygotes récessifs aa ?

Une cellule de garniture $2n=6$ entre en méiose. Combien de bivalents (paires d'homologues appariés) observe-t-on en prophase I ?

Comment qualifie-t-on la méiose II, et que sépare-t-elle ?

Un crossing-over entre deux gènes liés lors de la prophase I aboutit à la formation de :

Un individu atteint de trisomie 21 possède trois exemplaires du chromosome 21 au lieu de deux. Combien de chromosomes son caryotype contient-il au total ?

Parmi les cinq conditions de l'équilibre de Hardy-Weinberg figure la panmixie. Que désigne-t-elle ?

Les gènes des globines (chaînes de l'hémoglobine et myoglobine) forment une famille multigénique : ils dérivent d'un même gène ancestral, dupliqué puis diversifié par mutations, ce qui explique la ressemblance de leurs séquences.

Pour un gène à deux allèles A et a de fréquences $p$ et $q$ (avec $p+q=1$), les fréquences des trois génotypes AA, Aa et aa à l'équilibre de Hardy-Weinberg vérifient toujours $p^2+2pq+q^2=1$.

Une espèce possède 2n = 6 chromosomes (donc n = 3 paires). Par le seul brassage interchromosomique, combien de combinaisons chromosomiques différentes ses gamètes peuvent-ils présenter ?

Une cellule à 2n = 4 entre en méiose. À la sortie de la méiose I, juste avant la méiose II, dans quel état sont les chromosomes de chaque cellule fille ?

Un individu de génotype Aa Bb a ses deux gènes sur des chromosomes différents (gènes indépendants). Quels types de gamètes produit-il, et en quelles proportions ?

Pour deux gènes liés (sur le même chromosome), plus les gènes sont proches l'un de l'autre, plus les gamètes recombinés sont rares.

Lors d'un test-cross portant sur deux gènes, on observe quatre phénotypes dans la descendance, mais pas en proportions égales : deux classes sont majoritaires, deux sont minoritaires. Que peut-on en conclure ?

Un test-cross sur deux gènes liés donne, sur 500 descendants : 220 et 220 pour les deux classes parentales, 30 et 30 pour les deux classes recombinées. Quelle est la fréquence de recombinaison, en pourcentage ?

Quelle anomalie de la méiose est à l'origine d'une trisomie 21 chez l'enfant ?

Les gènes des globines (hémoglobines et myoglobine) ont des séquences qui se ressemblent fortement. Qu'en déduit-on sur leur origine ?

Dans une petite population d'insectes, une tempête tue la plupart des individus au hasard ; les rares survivants — adaptés ou non — fondent la génération suivante. De quel mécanisme évolutif s'agit-il ?

Tant que deux populations d'une même espèce continuent d'échanger des gènes (de se reproduire ensemble), elles restent une seule et même espèce.

Dans une population à l'équilibre de Hardy-Weinberg, un gène possède deux allèles A et a. La fréquence de l'allèle A vaut $p=\mathrm{0,6}$. En déduisant d'abord la fréquence $q$ de l'allèle a, calcule la fréquence attendue des individus hétérozygotes Aa. Donne le résultat sous forme décimale.

Dans une population humaine à l'équilibre de Hardy-Weinberg, un caractère récessif ne s'exprime que chez les individus homozygotes aa. On observe que ces individus atteints représentent une fréquence $q^2=\mathrm{0,16}$. Quelle est la fréquence $q$ de l'allèle récessif a ? Donne le résultat sous forme décimale.

Karim révise la méiose à Casablanca et tient ce raisonnement : « La méiose, ce sont deux divisions. Or toute division cellulaire est précédée d'une réplication de l'ADN. Donc il y a deux réplications : une avant la méiose I, une avant la méiose II. Le bilan, ce sont donc 4 cellules à 2n chromosomes. » Où est l'erreur de Karim ?

Salma prépare une fiche sur les deux brassages de la méiose et écrit : « Le brassage interchromosomique et le brassage intrachromosomique sont deux mécanismes différents, donc ils ont lieu lors de deux divisions différentes. Le crossing-over (intrachromosomique) se produit pendant l'anaphase I, en même temps que la séparation des paires. » A-t-elle raison ?

Yasmine observe une population de scarabées sous les arganiers d'Agadir et affirme : « Un scarabée né clair qui vit sur une écorce sombre devient sombre au cours de sa vie pour mieux se camoufler : il évolue pour s'adapter à son milieu. » Son affirmation est-elle correcte ?

Amine réalise un test-cross sur deux gènes et compte, sur 1 000 descendants :

Il conclut : « J'attendais 250 par classe (1 : 1 : 1 : 1). Comme deux classes sont très inférieures à 250, j'ai forcément raté le comptage de ces deux phénotypes ; je dois recompter. » A-t-il raison ?

Karim réalise un test-cross portant sur deux gènes et annonce : « J'ai obtenu 62 % de descendants recombinés et 38 % de parentaux. Ces deux gènes sont donc liés, avec un taux de crossing-over particulièrement élevé. » Où est la faille de son raisonnement ?

Dans une population de 1 000 arganiers, on relève les génotypes pour un gène à deux allèles A et a : 360 individus AA, 480 individus Aa et 160 individus aa. Calcule la fréquence $p$ de l'allèle A. Donne le résultat sous forme décimale.

Salma affirme : « Une population n'est à l'équilibre de Hardy-Weinberg que si ses deux allèles ont la même fréquence, c'est-à-dire $p=q=\mathrm{0,5}$. » Son affirmation est-elle correcte ?

Dans une population humaine à l'équilibre de Hardy-Weinberg, une maladie récessive ne s'exprime que chez les homozygotes aa, dont la fréquence observée est $q^2=\mathrm{0,04}$. Calcule la fréquence des porteurs sains hétérozygotes Aa. Donne le résultat sous forme décimale.

Dans la palmeraie de Skoura, Yasmine remarque que des dattiers issus des mêmes parents, plantés côte à côte, donnent des fruits différents : certains plus sucrés, d'autres plus gros, certains plus résistants à la sécheresse. Son cousin lui dit : « C'est forcément à cause de mutations dans leur ADN. » Yasmine doute. Explique-lui d'où vient principalement cette diversité entre individus d'une même fratrie, en nommant les trois mécanismes en jeu.

Karim étudie l'amélioration du blé dur dans la plaine du Tadla. Un laboratoire a croisé un parent hétérozygote pour deux gènes — résistance à la rouille (R/r) et hauteur de tige (T/t) — avec un parent homozygote récessif (rr tt). Le dénombrement des 1 000 descendants donne :

Aide Karim à conclure : (a) les deux gènes sont-ils indépendants ou liés ? (b) calcule la fréquence de recombinaison. (c) Que mesure cette fréquence ?

Salma révise la méiose et écrit sur sa fiche : « En anaphase I, les chromatides sœurs se séparent, donc la cellule passe de 2n à n. En anaphase II, ce sont les chromosomes homologues qui se séparent. » Repère ses deux erreurs et corrige sa fiche.

On considère une espèce dont la cellule diploïde possède 2n = 10 chromosomes (n = 5 paires). En tenant compte du seul brassage interchromosomique, combien de cellules-œufs génétiquement différentes une fécondation peut-elle en principe produire (combinaisons paternelles × combinaisons maternelles) ?

Amine observe que, sous les arganiers du sud-ouest marocain, une population d'insectes est devenue majoritairement sombre en quelques générations, alors que les écorces sont sombres et les prédateurs nombreux. Il explique : « Les insectes ont eu besoin de se camoufler, donc leur corps a fabriqué l'allèle sombre pour s'adapter. » Réfute son raisonnement et donne l'explication correcte par la sélection naturelle.

Parmi ces affirmations comparant les deux brassages de la méiose, laquelle est exacte ?

Lors d'une méiose chez un individu 2n = 6, une non-disjonction affecte une paire d'homologues en anaphase I. Que peut-on prévoir pour les quatre gamètes produits ?

Après la duplication d'un gène par crossing-over inégal, la copie supplémentaire peut accumuler des mutations sans nuire à l'organisme, parce que la fonction d'origine reste assurée par l'autre copie ; cette copie libre de muter peut alors acquérir une fonction nouvelle.

Un test-cross porte sur deux gènes indépendants (sur des chromosomes différents). On obtient 800 descendants au total. Combien de descendants attend-on dans chacune des quatre classes phénotypiques ?

Deux populations d'une même espèce d'insectes sont séparées par une chaîne montagneuse de l'Atlas pendant des milliers de générations. Chacune accumule des différences génétiques. Au bout du compte, on constate qu'elles ne peuvent plus se reproduire ensemble. Quel énoncé décrit correctement ce qui s'est passé ?

Salma étudie une population d'insectes vivant sous les arganiers du sud-ouest marocain, pour un gène de coloration à deux allèles A et a. À partir des fréquences alléliques mesurées, elle calcule les fréquences génotypiques attendues à l'équilibre de Hardy-Weinberg, puis les compare à celles qu'elle observe sur le terrain :

Salma conclut : « Mon comptage est faux, puisque les chiffres ne collent pas à Hardy-Weinberg. » A-t-elle raison ? Interprète cet écart et nomme la force évolutive la plus probable, en expliquant comment la taille de la population orienterait ton diagnostic.

Restitution organisée de connaissances. Dans une même fratrie, deux enfants issus des mêmes parents ne sont jamais génétiquement identiques (sauf vrais jumeaux).

Expose, sous forme d'un texte structuré (courte introduction, développement organisé, conclusion), comment la reproduction sexuée produit, à chaque génération, une immense diversité génétique. Tu présenteras successivement les deux brassages de la méiose, puis le rôle de la fécondation, en précisant à chaque étape le moment où le mécanisme se produit. Aucune figure n'est attendue.

Dans une grande population marocaine supposée à l'équilibre de Hardy-Weinberg, une maladie autosomique récessive touche 1 individu sur 10 000 (les malades sont homozygotes aa).

1. Calcule la fréquence $q$ de l'allèle muté a.
2. Calcule la fréquence des porteurs sains hétérozygotes Aa.
3. Dans une ville de 500 000 habitants, combien de malades et combien de porteurs sains attend-on ?
4. Explique pourquoi les porteurs sont bien plus nombreux que les malades, et ce que cela implique pour le conseil génétique.

Dans une population à l'équilibre de Hardy-Weinberg, une maladie récessive (homozygotes aa) touche 1 individu sur 2 500. Dans une population de 50 000 personnes, combien de porteurs sains hétérozygotes Aa attend-on ? Donne un nombre entier de personnes.

Amine réalise un test-cross portant sur deux gènes chez la drosophile et dénombre, sur 1 000 descendants, quatre classes phénotypiques :

Il hésite : ces gènes sont-ils indépendants ou liés ? Identifie les classes parentales et recombinées, calcule la fréquence de recombinaison, conclus, et explique pourquoi la distinction est ici particulièrement délicate.

On considère une espèce dont la cellule diploïde possède $2n=8$ chromosomes (soit $n=4$ paires). En ne tenant compte que du brassage interchromosomique, combien de cellules-œufs génétiquement différentes une fécondation peut-elle en principe produire (combinaisons paternelles × combinaisons maternelles) ?

Sur un petit îlot au large d'Essaouira, une population de 30 lézards voit, en une seule génération, la fréquence d'un allèle passer de $\mathrm{0,5}$ à $\mathrm{0,8}$. Aucune étude ne met en évidence d'avantage de survie ou de reproduction associé à cet allèle. Karim conclut : « C'est une preuve de sélection naturelle en faveur de cet allèle. » Quelle analyse est la plus rigoureuse ?

Une espèce de criquet peuple les deux versants du Haut Atlas. Un soulèvement géologique isole durablement les deux populations, qui ne peuvent plus se rencontrer. Des milliers de générations plus tard, des biologistes remettent en contact des individus des deux versants : les accouplements sont possibles, mais les descendants obtenus sont stériles.

Décris les étapes qui ont conduit à cette situation, en mobilisant les forces évolutives en jeu, puis énonce le critère décisif qui permet d'affirmer que deux espèces distinctes sont désormais apparues.

Dans une population de 1 000 individus, on relève les génotypes pour un gène à deux allèles A et a : 490 AA, 420 Aa et 90 aa. Calcule la fréquence $q$ de l'allèle a. Donne le résultat sous forme décimale.

Restitution organisée de connaissances. Une population ne cesse d'évoluer : la fréquence de ses allèles se modifie au fil des générations.

Expose, sous forme d'un texte structuré (courte introduction, développement organisé, conclusion), comment la sélection naturelle et la dérive génétique font évoluer les populations, en quoi ces deux forces diffèrent, et comment l'isolement de populations peut aboutir à la spéciation. Tu illustreras d'un exemple. Aucune figure n'est attendue.