Le contrôle génétique des robes de chevaux (sujet national, juin 2019, partie 2, ex. 1)

Les chevaux présentent de nombreuses robes (= pelages) différentes. Dans cet exercice, on s'intéresse au contrôle génétique de quelques robes : les robes « Noir », « Alezan » et « Bai ».
En vous appuyant sur les documents suivants, démontrer que les proportions phénotypiques obtenues dans le croisement n° 2 résultent bien d'un brassage interchromosomique.
Document 1
Contrôle génétique des robes de base chez le cheval
1a : Robes de base chez le cheval
Il existe 3 couleurs de robe de base (couleur du pelage) :
La robe « Noir » (= couleur noire sur l'ensemble du corps)
La robe « Alezan » (= couleur fauve sur l'ensemble du corps)
La robe « Bai »
Sujet national, juin 2019, partie 2, exercice 1 - illustration 1
Sujet national, juin 2019, partie 2, exercice 1 - illustration 2
Sujet national, juin 2019, partie 2, exercice 1 - illustration 3

Modifié d'après http://www.hippologie.fr/robe-cheval
 1b : Gènes successivement impliqués dans la synthèse et la répartition des pigments des robes de base
Ces robes de base résultent de l'expression de 2 gènes. Le gène « Extension » est impliqué dans la synthèse d'un pigment, le gène « Agouti » dans la répartition de ce pigment.
Le gène « Extension » existe sous 2 formes alléliques :
  • l'allèle « E » entraîne la synthèse d'un pigment noir dans tout le corps qui masque le pigment responsable de la couleur fauve ;
  • l'allèle « e » ne permet pas cette synthèse et la robe reste de couleur fauve.
Le gène « Agouti » existe sous 2 formes alléliques :
  • l'allèle « A » entraîne la dégradation du pigment noir excepté au niveau des crins et du pelage autour des sabots ;
  • l'allèle « a » n'entraîne pas la dégradation du pigment noir déjà synthétisé.
Le gène « Agouti » ne s'exprime donc que si l'animal possède au moins un allèle « É ».
Document 2
Résultats de croisements entre chevaux
Comprendre la question
Cet exercice propose d'étudier le contrôle génétique par deux gènes d'un caractère : la robe (ou couleur du pelage) des chevaux. Il s'agit en exploitant les documents proposés de démontrer que les proportions phénotypiques obtenues à l'issue du croisement n° 2 sont le résultat d'un brassage interchromosomique lors de la méiose chez les individus hétérozygotes. Il ne s'agit pas ici de mener l'étude génétique entière des deux croisements. En effet, l'écriture dans le document 2 des génotypes (traits discontinus entre les allèles) indique que les 2 gènes étudiés sont situés sur 2 chromosomes différents. Le raisonnement consiste à montrer les conséquences d'un brassage interchromosomique (dont la définition est à rappeler) lors du croisement n° 2 sur les proportions génotypiques. Puis ces proportions génotypiques sont à interpréter à l'aide du document 1b, pour aboutir aux proportions phénotypiques. La réponse doit présenter un raisonnement rigoureux, qui peut s'appuyer sur un schéma du brassage interchromosomique ainsi que sur l'échiquier du croisement n° 2. Il est souhaitable d'ajouter une courte introduction présentant la problématique et une courte conclusion.

Corrigé

Lors de deux croisements successifs chez des chevaux, on étudie le contrôle génétique de la robe des chevaux. On cherche à montrer que les proportions des phénotypes obtenues à l'issue du croisement n° 2 s'expliquent par un brassage interchromosomique.
D'après le document 1a, le caractère robe des chevaux peut-être Noir (couleur noire sur tout le corps), Alezan (couleur fauve sur tout le corps) ou Bai (couleur fauve sur tout le corps sauf crins et pelage noirs autour des sabots). Ce caractère est gouverné par 2 gènes : le gène Extension, impliqué dans la synthèse d'un pigment et le gène Agouti, impliqué dans la répartition de ce pigment sur la robe (document 1b).
Le document 2 présente deux croisements successifs réalisés chez des chevaux. Le croisement n° 1 ne forme qu'un seul type d'individus hétérozygotes, de génotype \begin{pmatrix}E & \;;\; A\\ \bar{\bar{e}} & \bar{\bar{a}}\end{pmatrix} et de phénotype Bai.
Étude du croisement n° 2
Phénotype
chevaux Baihétérozygotes
chevaux Alezan homozygotes
Génotype
\begin{pmatrix}E &\;;\;A\\ \bar{\bar{e}} & \bar{\bar{a}}\end{pmatrix}
\begin{pmatrix}e &\;;\; a\\ \bar{\bar{e}} & \bar{\bar{a}}\end{pmatrix}

Les chevaux Alezan homozygotes ne forment qu'un seul type de gamètes contenant les allèles e et a. Dans le document 2, l'écriture des génotypes des différents types de chevaux entre parenthèses avec un double trait discontinu pour les gènes Extension et Agouti indique que ces 2 gènes sont localisés sur des chromosomes différents. Le schéma suivant présente la formation des gamètes chez les chevaux Bai hétérozygotes, obtenus à l'issue du croisement n° 1.
Fig : formation des gamètes chez les chevaux Bai hétérozygotes
Fig : formation des gamètes chez les chevaux Bai hétérozygotes
Étant donné que les gènes Extension et Agouti sont localisés sur 2 chromosomes différents, un brassage interchromosomique peut être visualisé en méiose 1 lors de la formation des gamètes des chevaux hétérozygotes. En effet, la disposition en métaphase 1 des chromosomes homologues d'une même paire s'effectue de manière aléatoire de part et d'autre du plan équatorial. En présence de 2 paires de chromosomes, deux dispositions différentes équiprobables (de même probabilité) sont possibles : chaque disposition ayant une probabilité de 50 %. Puis, la migration en anaphase 1 de chaque chromosome vers les pôles de la cellule s'effectue à partir des dispositions précédentes. Ainsi, la méiose 1 forme 2 types de cellules filles équiprobables, qui donnent naissance en méiose 2 à 4 types de gamètes équiprobables. Les individus F1 hétérozygotes forment donc 4 types de gamètes dont la proportion respective est de 25 %. L'échiquier de croisement suivant représente le croisement n° 2.
Échiquier du croisement n° 2
Échiquier du croisement n° 2
Gamètes des chevaux Bai
Gamètes des chevaux Alezan
E, A
25 %
e, a
25 %
e, A
25 %
E, a
25 %
e, a
100 %
\begin{pmatrix}E &\;;\;A\\ \bar{\bar{e}} & \bar{\bar{a}}\end{pmatrix}
25 %
\begin{pmatrix}e &\;;\; a\\ \bar{\bar{e}} & \bar{\bar{a}}\end{pmatrix}
25 %
\begin{pmatrix}e&\;;\; A\\ \bar{\bar{e}} & \bar{\bar{a}}\end{pmatrix}
25 %
\begin{pmatrix}E &\;;\; a\\ \bar{\bar{e}} & \bar{\bar{a}}\end{pmatrix}
25 %
Phénotype
(déduit du document 1b)
Robe Bai
25 %
Robe Alezan
25 %
Robe Alezan
25 %
Robe Noir
25 %
Robe Alezan
50 %


En effet, d'après le document 1b, chez les individus de génotype \begin{pmatrix}E &\;;\; A\\ \bar{\bar{e}} & \bar{\bar{a}}\end{pmatrix}, l'allèle E entraine la synthèse d'un pigment noir masquant la couleur fauve. De plus, l'allèle A entraîne en présence de l'allèle E la dégradation de ce pigment, sauf au niveau des crins et du pelage autour des sabots. Ces individus représentant 25 % des individus obtenus ont une robe Bai.
Chez les individus \begin{pmatrix}e & a\\ \bar{\bar{e}} &\;;\; \bar{\bar{a}}\end{pmatrix}, les allèles e ne permettent pas la synthèse du pigment noir et le gène Agouti ne s'exprime pas en absence de l'allèle E : la robe est de couleur fauve. Ces individus, soit 25 % des individus obtenus, sont donc Alezan.
Chez les individus \begin{pmatrix}e &\;;\; A\\ \bar{\bar{e}} & \bar{\bar{a}}\end{pmatrix}, la présence des allèles e entraîne la couleur fauve de la robe et le gène Agouti ne s'exprime pas en absence de l'allèle E. Ces individus, représentant 25 % des individus obtenus, sont donc également Alezan.
Enfin, chez les individus \begin{pmatrix}E &\;;\;a\\ \bar{\bar{e}} & \bar{\bar{a}}\end{pmatrix}l'allèle E entraîne la synthèse d'un pigment noir mais les allèles a ne permettent pas sa dégradation. Ces individus, soit 25 % des individus obtenus ont donc une robe Noir.
L'échiquier du croisement n° 2 montre que l'on obtient 25 % de chevaux Bai, 25 % de chevaux Noir et 50 % de chevaux Alezan.Étant donné que les 2 gènes sont sur 2 chromosomes différents, un brassage interchromosomique a lieu en métaphase 1 lors de la formation des gamètes chez les individus hétérozygotes, aboutissant à 4 types de gamètes équiprobables. Les modalités de l'expression des gènes Agouti et Extension conduisent à ce que 2 génotypes différents correspondent au phénotype Alezan, expliquant les proportions phénotypiques obtenues à l'issue du croisement.