Mutations chez les levures Ade 2
Mutations chez les levures Ade 2
En séance de TP, on soumet souvent des levures à des temps variables d’ultraviolets (UV).
I. Ensemencement des boîtes de pétri
On voit sur cette photographie la première boîte de pétri. Il s’agit d’une boîte dite témoin. À J0, on a ensemencé cette boîte de pétri avec des individus de couleur rouge, unicellulaires, qu’on ne voyait pas à l’œil nu. On attend sept jours plus tard et on observe, dans cette boîte, un grand nombre de colonies rouges.
Sur cette photographie, on a fait la même chose, à J0 on a ensemencé notre boîte de pétri avec des levures de couleur rouge. Mais, à J0 on a soumis cette boîte de pétri pendant deux minutes sous UV. On observe sept jours plus tard des colonies rouges beaucoup moins nombreuses que la boîte témoin et l’apparition de colonies avec un nouveau phénotype : des colonies blanches.
Enfin, sur cette troisième photographie, on observe le résultat d’une boîte de pétri qu’on a ensemencé à J0 toujours avec des individus rouges. On a soumis cette boîte à trois minutes aux UV (c’est un temps relativement long) et, sept jours plus tard, on observe très peu de colonies au total : quelques rouges et quelques blanches.
II. Résultats obtenus
On a schématisé deux boîtes de pétri. Une boîte qualifiée de témoin qu’on ne soumet pas aux UV à J0. On a fait dix petits points, difficilement visibles, qui symbolisent dix cellules. Pour rappel, les cellules ne sont pas observables à l’œil nu. On ensemence cette boîte à J0 avec dix cellules de levures et on attend sept jours plus tard. On observe alors des colonies, visibles à l’œil nu car une colonie correspond à des milliers de levures toutes issues par mitose d’une cellule mère. Donc, un point rouge représenté correspond à des milliers de clones d’une même cellule déposée sept jours plus tôt.
À J0, on prend une autre boîte de pétri, on y dépose aussi dix levures rouges et on la soumet à des UV (deux-trois minutes). On observe, sept jours plus tard, un nombre beaucoup plus petit de colonies. Et sur la totalité des colonies, on a deux colonies blanches et deux rouges : 50 % de blanches et 50 % de rouges.
Deux conclusions :
– Dans la boîte soumise aux UV, on a comparativement beaucoup moins de colonies que dans la boîte témoin.
– Dans la boîte soumise aux UV, on a plus en proportion de colonies blanches par rapport à la boîte témoin.
III. Comment expliquer ce résultat ?
Il faut savoir que la couleur, rouge ou blanche, est issue d’un métabolisme différent. Il s’agit de deux levures de la même espèce mais qui n’ont pas le même génotype.
On a résumé très brièvement une chaîne de biosynthèse de l’adénine (un des nucléotides de l’ADN). Pour aboutir à l’adénine, il faut un certain nombre de produits qu’on obtient par des réactions enzymatiques.
On a ainsi, par exemple, l’enzyme 1 qui permet de transformer le réactif R1 en produit P1. Cette enzyme 1 est une protéine, codée par un gène (ici le gène ADE4). On avance dans la chaîne de biosynthèse et le réactif P5 (ou produit P5) se transforme en produit P6 grâce à l’enzyme 6 codée par le gène ADE2. Quand ce gène présente une version allélique ADE2 défectueuse, l’enzyme 6 ne fonctionne pas, et on accumule le produit P5 qui finit par se transformer en un déchet de couleur rouge. Donc une levure rouge a accumulé les déchets de P5 car elle n’arrive pas à fabriquer toute seule de l’ADE2. Une levure rouge est fabriquée en laboratoire et est très instable, de sorte qu’avec le temps, il peut y avoir des mutations réverses. C’est pour ça qu’on peut avoir des colonies blanches alors que l’on n’a pas soumis aux UV les cellules initiales.
Pourquoi obtient-on plus de pourcentage en termes de colonies blanches que de colonies rouges sous UV ?
Schéma d’une molécule d’ADN expliquant rapidement l’importance des UV comme agent mutagène.
Les UV tapent au hasard sur la molécule d’ADN et lorsqu’on a deux thymines consécutives tapées par des rayons UV, elles s’associent et forment un petit pont qu’on appelle dimère de thymine. Cela fait une petite bosse au niveau de la molécule d’ADN. Celle-ci est vite repérée par des enzymes, qui, généralement, détruisent la partie anormale. D’autres enzymes viennent réparer. Et quand tout fonctionne bien, les erreurs dimère de thymine sont réparées. Mais, si on soumet trop fortement la molécule d’ADN à beaucoup d’UV, on sature les enzymes et certaines ne réparent pas bien la molécule d’ADN et créent ainsi des mutations.
Les mutations chez les levures ADE2 sont dues ici à l’agent mutagène de type UV mais aussi au hasard.
Erreurs fréquentes dans la schématisation d'une cellule hétérozygote codant pour le gène considéré
La consigne est la suivante : représenter en prophase de mitose une cellule hétérozygote pour le gène codant la chaine bêta de l’Hémoglobine (chromosome 11).
Proposition n°1
Cette proposition contient des erreurs. Cet élève propose la schématisation d’une cellule. On repère la membrane cytoplasmique. Il a représenté l’enveloppe nucléaire. Il a proposé une légende et il s’est trompé : il a écrit « membrane nucléaire » au lieu de « enveloppe nucléaire.
Le point positif est qu’il a écrit que cette enveloppe nucléaire disparaissait. Il se rappelle, effectivement, qu’en fin de prophase, l’enveloppe nucléaire disparaît. Il a représenté un chromosome à deux chromatides. Il a écrit un chromosome n°11 à deux chromatides. C’est une bonne idée, mais il y a une grosse erreur : il a fait deux chromatides sœurs avec des allèles S et A qui ne sont pas identiques. Pour rappel, la réplication permet de passer d’une à deux chromatides rigoureusement identiques. Si on choisit d’écrire l’allèle S sur une chromatide d’un chromosome, sa chromatide sœur a obligatoirement l’information S. Il a ensuite écrit « génotype S // A ». Une barre ou « slash » représente un chromosome, l’écriture génotypique en revanche est juste. Cet élève a surtout confondu chromatide et chromosome.
Proposition n°2
Autre erreur possible. Voici le cas du deuxième élève. Il a représenté, non pas la membrane cytoplasmique de la cellule, mais l’enveloppe nucléaire. On y voit les pores. Il a représenté deux chromosomes, chaque chromosome est à deux chromatides. Donc, c’est plutôt positif comme représentation.
Pourtant, il y a des erreurs. Chaque chromatide d’un chromosome est représentée avec une couleur différente. C’est plutôt une chose maladroite puisque les deux chromatides d’un chromosome sont rigoureusement identiques. Elles sont sœurs donc on choisit la même couleur, les mêmes allèles. Et sur les écritures génotypiques, il a fait une grosse erreur. Il a confondu chromatide et chromosome. On voit que pour un chromosome donné, il a choisi d’y présenter un trait noir pour allèle S (la chromatide qui porte l’allèle S) et un trait orange pour l’allèle A (l’autre chromatide sœur qui a l’allèle A). Cela ne convient pas, puisque les deux chromatides sœurs doivent avoir les mêmes informations. Elles sont sœurs donc ont les deux mêmes allèles. Il y a un titre : « cellule mère (paire de chromosomes n°11) » ce qui est plutôt positif.
Proposition de corrigé
On a la membrane cytoplasmique et l’enveloppe nucléaire, percée de nombreux pores. Elle disparaît en fin de prophase donc on peut l’enlever (selon la consigne qui était bien une représentation en prophase).
En prophase, par contre, l’ADN est condensé donc on a des chromosomes à deux chromatides. On symbolise le centromère, les deux chromosomes à deux chromatides. Et on demande de faire une cellule hétérozygote pour le gène considéré. Donc, si on choisit une version A, la chromatide sœur a obligatoirement la version A au même locus (même lieu) sur le chromosome homologue. Par contre, on choisit une version différente, par exemple la version « As ». C’est le même gène mais avec la version allèlique « s ».
Ne pas oublier de légender. On a une paire de chromosome. Cette paire de chromosomes est la paire de chromosomes homologues 11 et le génotype de cette cellule s’écrit ainsi : (A // As).