Sciences de la vie et de la Terre · 3ème · Génétique : Diversité et Stabilité des Êtres Vivants · 1er Trimestre

Les gènes et les allèles

Les élèves différencient les gènes des allèles et comprennent leur rôle dans l'expression des caractères.

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• MEN: Cycle 4 - Le vivant et son évolution

À propos de ce thème

La méiose et la fécondation sont les deux piliers de la reproduction sexuée, responsables de l'immense diversité génétique des populations. Ce chapitre explore comment le passage de l'état diploïde à l'état haploïde permet de maintenir le nombre de chromosomes de l'espèce d'une génération à l'autre. Les élèves découvrent que chaque gamète produit est unique grâce au brassage génétique.

Dans le cadre des programmes français, l'accent est mis sur le hasard : hasard de la répartition des chromosomes lors de la méiose et hasard de la rencontre des gamètes lors de la fécondation. Cette approche permet de comprendre pourquoi des frères et sœurs sont différents tout en se ressemblant. Les concepts de probabilités et de combinaisons deviennent concrets lorsque les élèves simulent ces processus par le jeu ou la manipulation.

Questions clés

1. Distinguez un gène d'un allèle et leur impact sur un caractère.
2. Analysez comment différents allèles peuvent conduire à des variations d'un même caractère.
3. Expliquez la notion de dominance et de récessivité des allèles.

Objectifs d'apprentissage

• Distinguer un gène d'un allèle en identifiant leur structure et leur fonction spécifiques.
• Expliquer comment différents allèles d'un même gène peuvent entraîner des variations observables d'un caractère chez un organisme.
• Comparer les concepts de dominance et de récessivité pour prédire l'expression d'un caractère en fonction des allèles présents.
• Analyser des exemples concrets pour illustrer le lien entre génotype (combinaison d'allèles) et phénotype (caractère observable).

Avant de commencer

La cellule : unité du vivant

Pourquoi : Les élèves doivent avoir une compréhension de base de la cellule, et notamment du noyau, pour pouvoir situer le matériel génétique (ADN).

Introduction à l'hérédité

Pourquoi : Une introduction aux notions de transmission des caractères des parents aux enfants est nécessaire avant de différencier gènes et allèles.

Vocabulaire clé

Gène	Un segment d'ADN qui code pour une information génétique spécifique, déterminant un caractère particulier.
Allèle	Une version spécifique d'un gène. Pour un même gène, plusieurs allèles peuvent exister dans une population.
Caractère	Une caractéristique observable d'un organisme, comme la couleur des yeux ou la forme des feuilles, déterminée par les gènes.
Dominance	Relation entre deux allèles où l'un (l'allèle dominant) masque l'expression de l'autre (l'allèle récessif) lorsqu'ils sont présents ensemble.
Récessivité	Condition d'un allèle qui n'est exprimé que lorsque l'individu possède deux copies de cet allèle (homozygotie).

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

Les élèves pensent souvent que la méiose produit des cellules identiques.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Il faut insister sur le brassage. En utilisant des modèles de chromosomes de couleurs différentes, les élèves voient physiquement que les combinaisons dans les cellules filles sont toutes différentes de la cellule mère et entre elles.

Idée reçue courante

L'idée que la fécondation choisit les 'meilleurs' gènes.

Ce qu'il faut enseigner à la place

La fécondation est un processus aléatoire. Des activités de tirage au sort de gamètes permettent de démontrer que la rencontre est une question de probabilités et non de sélection intentionnelle à ce stade.

Idées d'apprentissage actif

Jeu de simulation: Le casino de la génétique

À l'aide de jetons de couleurs différentes représentant les allèles des parents, les élèves simulent la formation de gamètes puis la fécondation. Ils comptabilisent les combinaisons obtenues pour réaliser que chaque 'enfant' virtuel est unique.

50 min·Binômes

Schéma collaboratif : Le cycle de la vie

Sur de grandes feuilles, les groupes doivent dessiner le cycle de reproduction en plaçant correctement les étapes de méiose et de fécondation, en précisant le nombre de chromosomes (2n ou n) à chaque stade.

40 min·Petits groupes

Penser-Partager-Présenter: Pourquoi pas le clonage ?

Les élèves réfléchissent aux avantages évolutifs de la diversité produite par la méiose par rapport à une reproduction identique (clonage). Ils discutent de la résistance aux maladies ou de l'adaptation aux changements d'environnement.

25 min·Binômes

Liens avec le monde réel

• En agriculture, la compréhension des gènes et des allèles permet aux sélectionneurs de développer de nouvelles variétés de plantes ou d'animaux présentant des caractères désirables, comme une meilleure résistance aux maladies ou un rendement accru. Par exemple, la sélection de blé résistant à la rouille est un processus continu.
• Dans le domaine médical, l'identification d'allèles responsables de maladies génétiques, telles que la mucoviscidose ou la drépanocytose, est essentielle pour le diagnostic, le conseil génétique et la recherche de traitements. Les tests génétiques permettent de dépister ces allèles.

Idées d'évaluation

Vérification rapide

Présentez aux élèves une courte liste de termes (par exemple, gène, allèle, caractère, dominance, récessivité). Demandez-leur d'écrire une phrase définissant chaque terme en utilisant leurs propres mots et en donnant un exemple simple pour chaque.

Billet de sortie

Donnez aux élèves une image montrant une variation d'un caractère (par exemple, deux couleurs de fleurs différentes). Demandez-leur d'expliquer, en utilisant les termes 'gène' et 'allèle', pourquoi cette variation existe. Ils doivent aussi indiquer si les allèles impliqués sont dominants ou récessifs, si possible.

Question de discussion

Posez la question : 'Si deux parents ont des allèles différents pour un même gène, comment peut-on prédire le caractère qui sera observé chez leur enfant ?' Guidez la discussion pour faire émerger les notions de dominance et de récessivité, et la notion de génotype/phénotype.

Questions fréquentes

Pourquoi les gamètes n'ont-ils que 23 chromosomes ?

Si les gamètes avaient 46 chromosomes, l'œuf fécondé en aurait 92, et ce nombre doublerait à chaque génération. La méiose réduit le nombre par deux pour que la fécondation puisse rétablir le nombre normal de 46 chromosomes propre à l'espèce humaine.

Qu'est-ce que le brassage génétique ?

C'est le mélange des allèles paternels et maternels lors de la formation des gamètes. Imaginez un jeu de cartes : la méiose bat les cartes de façon à ce que chaque main distribuée (chaque gamète) soit différente de la précédente.

Comment la simulation aide-t-elle à comprendre la méiose ?

La méiose implique des mouvements chromosomiques complexes difficiles à mémoriser de manière abstraite. En simulant le processus avec des objets manipulables, les élèves comprennent mieux la séparation des paires de chromosomes et l'impact du hasard sur la diversité finale.

Peut-on avoir deux gamètes identiques ?

Théoriquement, chez l'humain, la probabilité est quasi nulle (1 chance sur plus de 8 millions de combinaisons possibles, sans compter les échanges de portions d'ADN). C'est ce qui garantit que chaque individu est génétiquement unique.