Plan de cours de modélisation de laboratoire de méiose

Parfois, les élèves ont du mal avec certains concepts liés à l'évolution. La méiose est un processus quelque peu compliqué, mais nécessaire pour mélanger la génétique de la progéniture afin que la sélection naturelle puisse fonctionner sur une population en choisissant les caractères les plus souhaitables à transmettre à la génération suivante.

Des activités pratiques peuvent aider certains élèves à comprendre les concepts. Surtout dans les processus cellulaires où il est difficile d'imaginer quelque chose d'aussi petit. Les matériaux de cette activité sont courants et faciles à trouver. La procédure ne repose pas sur un équipement coûteux comme les microscopes ou prend beaucoup de place.

Préparation à la modélisation d'une activité de laboratoire en classe sur la méiose

Vocabulaire pré-laboratoire

Avant de commencer le laboratoire, assurez-vous que les étudiants peuvent définir les termes suivants:

• Méiose
• Chromosome
• Traverser
• Haploïde
• Diploïde
• Paire homologue
• Gamètes
• Zygote

But de la leçon

Comprendre et décrire le processus de la méiose et son objectif à l'aide de modèles. 

Informations d'arrière-plan 

La plupart des cellules des organismes multicellulaires comme les plantes et les animaux sont diploïdes. Une cellule diploïde possède deux ensembles de chromosomes qui forment des paires homologues. Une cellule avec un seul ensemble de chromosomes est considérée comme haploïde. Les gamètes, comme l'ovule et le sperme chez l'homme, sont des exemples haploïdes. Les gamètes fusionnent pendant la reproduction sexuelle pour former un zygote qui est à nouveau diploïde avec un jeu de chromosomes de chaque parent.

La méiose est un processus qui commence avec une cellule diploïde et crée quatre cellules haploïdes. La méiose est similaire à la mitose et doit faire répliquer l'ADN de la cellule avant de pouvoir commencer. Cela crée des chromosomes qui sont constitués de deux chromatides sœurs reliées par un centromère. Contrairement à la mitose, la méiose nécessite deux cycles de division pour obtenir la moitié du nombre de chromosomes dans toutes les cellules filles.      

La méiose commence par la méiose 1 lorsque des paires de chromosomes homologues seront divisées. Les stades de la méiose 1 portent le même nom que les stades de la mitose et ont également des étapes similaires:

• phase 1: des paires homologues se réunissent pour former des tétrades, l'enveloppe nucléaire disparaît, des formes de fuseau (un croisement peut également se produire pendant cette phase)
• métaphase 1: les tétrades s'alignent à l'équateur selon la loi de l'assortiment indépendant
• anaphase 1: les paires homologues sont séparées
• télophase 1: le cytoplasme se divise, l'enveloppe nucléaire peut ou non se réformer

Les nuceli n'ont désormais qu'un seul jeu de chromosomes (dupliqués).

La méiose 2 verra les chromatides sœurs se séparer. Ce processus ressemble à la mitose. Les noms des stades sont les mêmes que ceux de la mitose, mais ils ont le numéro 2 après eux (prophase 2, métaphase 2, anaphase 2, télophase 2). La principale différence est que l'ADN ne passe pas par la réplication avant le début de la méiose 2.

Matériel et procédure

Vous aurez besoin des matériaux suivants:

• Chaîne
• 4 couleurs de papier différentes (de préférence bleu clair, bleu foncé, vert clair, vert foncé)
• Règle ou mètre
• Les ciseaux
• Marqueur
• 4 trombones
• Ruban

Procédure:

1. À l'aide d'un morceau de ficelle de 1 m, tracez un cercle sur votre bureau pour représenter la membrane cellulaire. À l'aide d'un morceau de ficelle de 40 cm, faites un autre cercle à l'intérieur de la cellule pour la membrane nucléaire.
2. Coupez 1 bande de papier de 6 cm de long et 4 cm de large de chaque couleur de papier (une bleu clair, une bleu foncé, une verte claire et une vert foncé) Pliez chacune des quatre bandes de papier en deux, dans le sens de la longueur . Placez ensuite les bandes pliées de chaque couleur à l'intérieur du noyau pour représenter un chromosome avant la réplication. Les bandes claires et foncées de la même couleur représentent des chromosomes homologues. À une extrémité de la bande bleu foncé, écrivez un grand B (yeux bruns) sur le bleu clair et faites un b minuscule (yeux bleus). Sur le vert foncé à la pointe, écrivez T (pour grand) et sur le vert clair, écrivez un minuscule t (court)
3. Modélisation de l'interphase: pour représenter la réplication de l'ADN, dépliez chaque bande de papier et coupez-la en deux sur la longueur. Les deux pièces qui résultent de la découpe de chaque bande représentent les chromatides. Fixez les deux bandes chromatides identiques au centre avec un trombone, de sorte qu'un X se forme. Chaque trombone représente un centromère.4
4. Modélisation de la phase 1: Retirer l'enveloppe nucléaire et la mettre de côté. Placez côte à côte les chromosomes bleu clair et bleu foncé et les chromosomes vert clair et vert foncé. Simulez le franchissement en mesurant et en coupant une pointe de 2 cm pour une bande bleu clair qui comprend les lettres que vous avez dessinées plus tôt. Faites de même avec une bande bleu foncé. Collez la pointe bleu clair sur la bande bleu foncé et vice versa. Répétez ce processus pour les chromosomes vert clair et vert foncé.
5. Modélisation de la métaphase 1: Placez quatre chaînes de 10 cm à l'intérieur de la cellule, de sorte que deux chaînes s'étendent d'un côté au centre de la cellule et deux chaînes s'étendent du côté opposé au centre de la cellule. La chaîne représente les fibres du fuseau. Collez une chaîne au centromère de chaque chromosome avec du ruban adhésif. Déplacez les chromosomes au centre de la cellule. Assurez-vous que les cordes attachées aux deux chromosomes bleus proviennent des côtés opposés de la cellule (idem pour les deux chromosomes verts). 
6. Modélisation anaphase 1: Saisissez les extrémités des cordes des deux côtés de la cellule et tirez lentement les cordes dans des directions opposées, de sorte que les chromosomes se déplacent aux extrémités opposées de la cellule.
7. Modélisation de la télophase 1: Retirez la chaîne de chaque centromère. Placer un morceau de ficelle de 40 cm autour de chaque groupe de chromatides, formant deux noyaux. Placer un morceau de ficelle de 1 m autour de chaque cellule, formant deux membranes. Vous avez maintenant 2 cellules filles différentes.

MEIOSIS 2

1. Modélisation de la phase 2: Retirez les cordes qui représentent la membrane nucléaire dans les deux cellules. Attachez un morceau de ficelle de 10 cm à chaque chromatide.
2. Modélisation de la métaphase 2:  Déplacez les chromosomes au centre de chaque cellule, de sorte qu'ils soient alignés à l'équateur. Assurez-vous que les cordes attachées aux deux bandes de chaque chromosome proviennent des côtés opposés de la cellule.
3. Modélisation anaphase 2: Saisissez les cordes des deux côtés de chaque cellule et tirez-les lentement dans des directions opposées. Les bandes doivent se séparer. Seule une des chromatides doit être attachée au trombone.
4. Modélisation de la télophase 2: Retirez les chaînes et les trombones. Chaque bande de papier représente désormais un chromosome. Placez un 40 cm. morceau de ficelle autour de chaque groupe de chromosomes, formant quatre noyaux. Placez une chaîne de 1 m autour de chaque cellule, formant quatre cellules distinctes avec un seul chromosome dans chacune.

Questions d'analyse

Demandez aux élèves de répondre aux questions suivantes pour comprendre les concepts explorés dans cette activité.

1. Quel processus avez-vous modélisé lorsque vous avez coupé les bandes en deux en interphase?
2. Quelle est la fonction de votre trombone? Pourquoi est-il utilisé pour représenter un centromère?
3. Quel est le but de placer côte à côte les bandes claires et foncées de la même couleur?
4. Combien de chromosomes se trouvent dans chaque cellule à la fin de la méiose 1? Décrivez ce que représente chaque partie de votre modèle.
5. Quel est le nombre de chromosomes diploïdes de la cellule d'origine dans votre modèle? Combien de paires homologues avez-vous faites?
6. Si une cellule avec un nombre diploïde de 8 chromosomes subit une méiose, dessinez à quoi ressemble la cellule après la télophase 1.
7. Qu'arriverait-il à une progéniture si les cellules ne subissaient pas de méiose avant la reproduction sexuelle?
8. Comment le croisement change-t-il la diversité des traits dans une population?
9. Prédisez ce qui se passerait si les chromosomes homologues ne s'apparient pas en phase 1. Utilisez votre modèle pour le montrer.