Cycle de développement de Sordaria

Le sordaria

C’est un champignon. Il est un exemple d’organisme à développement haplophasique, c’est-à-dire que dans son cycle de développement, la phase haploïde est la plus importante. Nous allons donc voir toutes les caractéristiques d’un tel développement. L’organisme adulte est haploïde. La méiose a lieu après la fécondation car comme dans tout cycle de développement, la phase haploïde est issue de la méiose et le phase diploïde de la fécondation. Cycle de développement du sordaria Comme chez tous les êtres vivants, il existe chez Sordaria un brassage génétique au cours de la méiose. On observe chez Sordaria différents types d’asques : la catégorie I à demi-asques homogènes et la catégorie II à demi-asques hétérogènes. Chaque spore contient n chromosomes dont un possède le gène codant pour la couleur de la spore. Les différents types d’asques Le brassage interchromosomique Il explique l’existence de la catégorie I : en effet, une orientation différente des chromosomes en métaphase 1 de méiose est à l’origine des deux types d’asques à demi-asques homogènes. Dans ce type d’asques, les deux allèles sont séparés dès la première division. On parle d’asques pré-réduits. Le schéma suivant montre le mécanisme de ce brassage génétique chez le sordaria. Le brassage intrachromosomique Si les chromosomes homologues ont subi un crossing-over, on obtient les asques de la catégorie II. Le crossing-over, c’est l’échange réciproque de matériel génétique entre deux chromatides non soeurs d’un bivalent (paire de chromosomes homologues) en cours de prophase I de méiose. Son déroulement est le suivant : il y a tout d’abord un appariement des chromosomes homologues, puis un échange de deux segments homologues au niveau d’un chiasma (enchevêtrement de chromatides), enfin, on assiste à la séparation des chromosomes par écartement des centromères et obtention des chromosomes recombinés. Le schéma suivant illustre le crossing-over chez l’organisme haploïde uniquement. Chez un diploïde, la représentation d’un crossing-over doit faire intervenir au minimum deux gènes liés. La catégorie II à demi-asques hétérogènes s’explique donc par l’existence de crossing-over lors de la prophase I de la méiose. Ce mécanisme a pour conséquence la séparation des allèles N (codant pour le pigment noir) et B (ne codant pas pour le pigment noir) uniquement à la deuxième division de la méiose. On parle d’asques post-réduits. I. Sordaria macrospora Croisement de souches de Sordaria macrospora Souche jaune Souche noire Hybride Sordaria macrospora est un champignon ascomycète. Les filaments mycéliens issus de la germination des spores sont constitués de files de cellules dont le noyau comporte n chromosomes. Dans certaines conditions, 2 filaments mycéliens peuvent fusionner pour former une cellule à 2 noyaux haploïdes. Cette cellule se divise par mitoses successives et est à l’origine d’un organe en forme de coupe, le périthèce. Dans certaines cellules du périthèce, les 2 noyaux fusionnent ce qui correspond à une fécondation. Cette fusion aboutit à la formation d’une cellule diploïde que l’on peut assimiler à une cellule œuf. Sitôt formée, cette cellule subit une méiose à l’origine de 4 cellules haploïdes. Chacune de ces cellules se divise ensuite par mitose. Les 8 cellules sont des spores nommées aussi ascospores. Elles sont contenues dans une paroi commune : l’ensemble constitue un asque.

Cycle de développement de Sordaria

Sordaria macrospora est formé de filaments ramifiés constituant le mycélium. Chaque filament est constitué d’une suite de cellules nucléés haploïdes ( à n = 7 chromosomes ).La reproduction sexuée de cette moisissure est obtenue par la réunion de deux filaments mycéliens. Cette rencontre entre deux filaments mycéliens donne des cellules à deux noyaux qui se multiplient et forment un organe massif, une fructification : le périthèce (chaque périthèce apparaît dans une culture sous forme d’une petite granulation noire). Certaines cellules du périthèce ont une évolution particulière. Leurs deux noyaux fusionnent ( caryogamie), ce qui correspond à une fécondation. Chacune de ces cellules dont le noyau est maintenant diploïde constitue une cellule œuf ou zygote. Chaque cellule œuf subit une méiose puis une mitose et donne ainsi naissance à un asque qui contient huit noyaux haploïdes disposés en file ( les divisions du noyau ne sont pas accompagnées de divisions du cytoplasme et les axes des différents fuseaux de division sont alignés dans l’asque). Par division du cytoplasme puis fabrication de parois cellulaires il y a formation dans chaque asque de huit spores ( = ascospores ).Libérées, les spores germent en donnant chacune un nouveau mycélium haploïde. Document 2- Une expérience d’hybridation La culture de Sordaria se fait dans une boîte de Pétri, sur milieu gélosé. On connaît une souche de Sordaria à spores noires et une autre à spores blanches ( la paroi cellulaire de la spore est pigmentée ou non). On réalise un croisement entre mycéliums de ces deux souches. Les mycéliums ensemencés en deux points opposés de la boîte de Pétri s’affrontent au bout de 10 jours à 25°C. Dans la zone de rencontre des deux mycéliums se forment des périthèces hybrides dans lesquels les asques contiennent 4 spores noires et 4 spores blanches. Document 3: Cycle de développement de Sordaria Capacités mises en œuvre Activités Compétences évaluées Saisir des informations Elaborer une synthèse 1°/ Légender le cycle de développement de Sordaria (document 3) en utilisant les informations apportées par les documents 1 et 2. Indiquer clairement la place de la méiose et de la fécondation. 2°/ Noter en rouge la phase diploïde. Mise en relation correcte des informations entre le texte et le schéma. Réaliser une préparation microscopique. 3°/ Prélever un périthèce avec une aiguille lancéolée. Disposer ce périthèce sur une lame, dans une goutte d’eau. Recouvrir d’une lamelle et appuyer légèrement pour écraser le périthèce et ainsi libérer les asques. Ne pas trop appuyer sinon les ascospores s’échappent. -Précision du prélèvement -Réalisation correcte de la préparation ( pas de bulles, pas d’eau gênante sur la lamelle) Utiliser le microscope 4°/ Observer le périthèce au microscope et rechercher tous les types d’asques présents dans ce périthèce en fonction de la disposition des spores. -Choix du bon grossissement -Choix correct de la zone à observer. -Mise au point correcte -Réglage de l’éclairage correct. Représenter une observation par un croquis 5°/ Représenter par un croquis légendé tous les types d’asques effectivement présents dans le périthèce. • Appeler le professeur pour vérification -Croquis soigné et correcte- ment légendé de tous les types d’asques effectivement présents dans le périthèce choisi. Adopter une démarche explicative 6°/ Schématiser et légender sur le document 4 à votre disposition le comportement des chromosomes des différents noyaux des spores permettant d’obtenir les deux types d’asques observés. -Choix correct et justifié de l’asque. -Schématisation exacte des chromosomes au cours des divisions successives. GRILLE D’EVALUATION Capacités B A R E M E *Réaliser techniquement(réaliser une préparation microscopique) -Les asques sont bien visibles( le périthèce doit être bien ouvert et les asques ne doivent pas être détériorées; ceci dépend de la précision du prélèvement) -Pas d’eau sur la lamelle. -Pas de bulles gênantes pour l’observation.(ne pas tenir compte des bulles d’air non gênantes pour l’observation) 3 1 1 *Employer des techniques d’observation (utiliser le microscope) -Le choix du grossissement est adapté à l’objet -La mise au point est correcte -Le réglage de l’éclairage est correcte 2 2 1 /10 *Utiliser des modes de représentation des sciences expérimentales. -Il y a adéquation entre les croquis et les structures observées -Croquis soignés ( propreté, écriture, flèches tirées à la règle non croisées) -Légende scientifiquement correcte ( asque, spore noire, spore blanche) -Titre ( ex: différents types d’asques contenus dans un périthèce ) et conditions d’observation ( au microscope, grossissement) 2 1 1 1 / 5 *Adopter une démarche explicative -Schéma correct des chromosomes aux différentes étapes -Légende scientifiquement correcte (des différentes phases).

Zygotene / pachyten (the homologous chromosomes can be recognized as thin double strands). b. Diplotene (the bivalents can be seen as clear double strands). c. Diakinesis (The homologous chromosomes are drawn to opposite poles. All seven bivalents contain chiasmata.). d. Metaphase I: side view of all seven bivalents in the equatorial plane. Both series of centromers are already stretched towards the poles. e. Metaphase II (Two spindles each are next to each other. The chromosomes are considerably thinner and longer than in metaphase I). f. Anaphase II. Révisions Génétique Chapitre 1 :La stabilité du caryotype de l’espèce I) L’alternance d’une phase haploïde et d’une phase diploïde 1) Cellules haploïdes et diploïdes – Caryotype : ensemble des chromosomes d’une cellule bloquée en Métaphase. Son analyse révèle la taille des chromosomes, la position du centromère, et la ‘couleur’ des chromosomes (locus des gènes) – Cellules somatiques : cellules non sexuelles – Cellules germinales : cellules sexuelles qui forment les gamètes. – Le caryotype d’une cellule somatique montre que les chromosomes peuvent être groupés par paires de chromosomes du même type (même taille, même position du centromère, mêmes bandes de coloration) : les chromosomes sont homologues deux à deux. – Les chromosomes homologues portent les mêmes gènes, mais diffèrent par leurs allèles. – Un cellule somatique est diploïde : l’information génétique est en double : Le caryotype est noté 2n. – Dans les gamètes, il n’y a qu’un exemplaire de chaque chromosome : ce sont des cellules haploïdes, à n chromosomes. 2) Cycle biologique d’un mammifère – La fécondation entre un spermatozoïde et un ovule forme une cellule œuf appelée zygote, qui par mitoses successives, forme un individu. – Le cycle biologique est marqué par deux évènements majeurs : o La méiose : forme des cellules haploïdes à partir de cellules diploïdes o La fécondation : uni deux gamètes haploïdes pour former un cellule diploïde – Dans un cycle de mammifère, la méiose intervient juste avant la fécondation et la phase diploïde domine 3) Cycle biologique d’un champignon de type sordaria (ascomycète) – Mycélium : filaments enchevêtrés formant l’appareil végétatif des champignons – Périthèce : Organe globuleux, creux, et sombre, contenant des noyaux cellulaires de filaments réunis, fusionnant deux à deux : il se forme des cellules œuf. – Méiose immédiate donnant 8 ascospores enfermés dans un sac allongé : l’asque. – Quand le périthèce éclate, chaque spore peut germer et former du filament mycélien par mitoses. – La cellule œuf est la seule cellule diploïde du cycle. Les spores et les filaments mycéliens sont haploïdes. La phase haploïde domine car la méiose intervient directement après la fécondation : le champignon est un organisme haploïde. – Dans tout cycle de reproduction sexuée, il y a alternance entre phases diploïdes et haploïdes. – La méiose permet le passage de l’état diploïde à haploïde. La fécondation rétablit la diploïdie. – Méiose et fécondation, évènements fondamentaux d’un cycle biologique, sont complémentaires. – L’alternance entre ces deux phases permet de varier les assortiments chromosomiques et de conserver le caryotype de l’espèce. II) Modalités de méiose et fécondation 1) Les étapes de la méiose – La méiose est une suite de deux divisions. – La première est réductrice car elle divise le nombre de chromosomes par deux : on passe de 2n chromosomes ayant chacun 2 chromatides à n chromosomes ayant chacun 2 chromatides – La deuxième division est équationelle car elle conserve le nombre de chromosomes : on passe de n chromosomes de 2 chromatides à n chromosomes de 1 chromatide. 2) La fécondation, réunion de deux noyaux haploïdes – La fécondation est l’union d’un spermatozoïde et d’un ovule chez les mammifères – L’ovule est bloquée en Métaphase II avant que le spermatozoïde ne pénètre – Lorsque les deux noyaux fusionnent, la cellule œuf est formée – La formation d’une membrane de fécondation imperméable aux spermatozoïdes empêche l’entrée d’autres spermatozoïdes, ce qui formerait un organisme non viable – Chez Sordaria, on observe la fusion de deux filaments qui forment une cellule œuf diploïde – Le filament qui donne ses noyaux est considéré comme mâle et celui qui les reçoit comme femelle – Les processus sont différents mais du point de vue chromosomique, la fécondation est universelle : Union des noyaux haploïdes de deux gamètes pour former le noyau de la cellule œuf. – La fécondation n’est possible qu’entre gamètes d’une même espèce : la reproduction sexuée maintient donc une barrière entre les caryotypes d’espèces différentes et participe donc à la stabilité de l’espèce.