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Les mutations et le brassage génétique
conduisent à la diversité du vivant
……..pourtant , malgré leur
différences , le chimpanzé et
l’homme ont plus de 99% de
gènes codants en commun
Quelles sont, au-delà des
mutations et du brassage, les
modalités de diversification
du vivant?
Consignes de travail
0 Etape 1: J’élabore des hypothèses sur les
mécanismes de diversification du vivant à
partir de documents simples, je note les
conséquences vérifiables
0 Etape 2: Je teste ces hypothèses sur des
expériences , observations et faits réels
0 Etape 3: Je complète un schéma bilan
résumant les processus de diversification
du vivant étudiés et je renforce ou non mes
hypothèses de départ
Etape 1:
J’élabore des hypothèses
Documents
Exemple
Les spartines
Les ascidies
Les macaques
La croissance du basilic
Les différentes races de chiens
Hypothèse sur l’origine
de la diversification du
vivant
Conséquence
vérifiable
Exemple
Hypothèse sur l’origine
de la diversification du
vivant
Conséquence
vérifiable
Les spartines
Des espèces différentes peuvent
s’hybrider
On devrait pouvoir retrouver le
génome des deux espèces chez
l’hybride
Les ascidies
Des transferts horizontaux de
gènes par voie infectieuse existent
On doit retrouver des gènes
d’origine virale ou bactérienne
dans des génomes plus grands
Les macaques
Des comportements peuvent
changer et diversifier le vivant
Ils ne seront pas transmis s’ils
ne sont pas au contact de ses
parents
La croissance du basilic
Une association d’espèces entre
elles améliorerait leur phénotype
ou leur développement
On doit pouvoir observer une
meilleure croissance avec
l’association que sans
Les différentes races de chiens
Modification dans la durée et
l’expression des gènes du
développement
Les gènes du développement
doivent se ressembler mais
leur taux d’expression doit
varier entre plusieurs espèces
Etape 2: Je teste ces
hypothèses sur des
expériences , observations et
faits réels
Test 1: Modification du développement
0 Stratégie: Comparer les protéines des gènes du
développement pour différentes espèces (avec
anagène)afin de vérifier s’il y a des ressemblances
Certains gènes du développement,
appelés gènes homéotiques (gènes
architectes) ont été identifiés chez
presque tous les animaux. Ces gènes
codent pour des protéines qui
contrôlent l’expression d’autres gènes
grâce
à
une
région
appelée
homéoboîte.
Ils permettent la mise en place du plan
d’organisation de l’animal au moment
du développement embryonnaire
Retrouve la structure qui
est mise en place par le
gène HOX D13 grâce au
document ci- dessus
Protocole détaillé
0 Ouvre le logiciel « anagène » et charge les molécules du fichier HOX D13
0 Réalise une comparaison moléculaire Fiche technique
0 Complète le tableau de comparaison entre les séquences protéiques, au niveau de
leur pourcentage d’identité, pour les protéines codées par les gènes homéotiques
appartenant à différentes espèces. N’oublie pas le titre du tableau.
% de similitudes
(identité)
Hox D13
HS
Hox D13
Pan
Hox D13
Mus
Hox D13
Gallus
Hox D13
Danio
Hox D13
HS (homme)
Hox D13
Pan (chimp)
Hox D13
Mus (souris)
Hox
Gallus (poule)
Hox
Danio (poisson
zèbre)
- HoxD13 permet la mise en place de la main car lorsqu’il est muté on a une
anomalie morphologique
% d’identité
Hox D13
HS (homme)
Hox D13
Pan (chimp)
Hox D13
Mus (souris)
Hox
Gallus (poule)
Hox
Danio (poisson
zèbre)
Hox D13
HS
100
99,1
95,3
85,4
43,4
100
95,3
84,7
43,4
100
83,7
43,4
100
43
Hox D13
Pan
Hox D13
Mus
Hox D13
Gallus
Hox D13
Danio
100
Matrice de comparaison pour la protéine HOXD13 chez plusieurs animaux avec le
logiciel anagène
0 Observe le document
4 page 40 pour
comprendre comment
l’expression d’un
même gène peut
conduire à des
architectures
différentes
0 Même question pour
les documents page 41
du livre
A partir de ces exemples,
résume
comment
l’expression
de
gènes
similaires peut participer
à la diversification du
vivant.
Complète
et
renforce ou non ton
hypothèse de départ.
Correction doc du livre
0 Le gène HOXD13 est gène architecte, il est très semblable
chez divers êtres vivants: vu le % d’identité on peut parler
d’une origine commune de ce gène. Malgré cela , on
observe une architecture des membres bien différente
selon la durée et l’intensité d’expression et la localisation
de cette expression dans le membre en formation . Donc
des gènes homéotiques proches peuvent conduire à des
architectures différentes selon l’expression (lieu) , la
chronologie et l’intensité des gènes du développement
0 Il en est de même pour le gène Bmp4 qui a permis aux
oiseaux de se diversifier au niveau de la forme de leur bec
et donc de profiter de nourritures variées.
Test 2 : Modification des génomes et
diversification
 Explique les résultats de l’expérience d’hybridation génomique in situ
Colle le document suivant dans ton cahier
 Retrouve de quel type de polyploïdie il s’agit
 Analyse le document ci-dessous pour retrouver si la polyploïdie est un
phénomène exceptionnel dans le monde vivant, et s’il ne se déroule que chez les
végétaux
 Conclue par rapport à tes hypothèses de départ
Test 3: Transfert de gènes
Les documents suivants montrent le rôle de la syncytine
dans la mise en place du placenta humain
 On postule que son origine est virale, détermine les conséquences vérifiables et
la stratégie que l’on peut élaborer pour le vérifier
 Appelle le professeur pour vérifier ta stratégie
Met en œuvre un protocole pour obtenir des résultats
exploitables
Utilise les fonctionnalités du logiciel anagène pour comparer
la syncytine humaine et celle du virus MPMV
Voir Fiche technique
Anagène
Molécules utilisée: dossier
syncytines 1
Communique tes résultats pour les présenter
Exploite tes résultats
Grâce à l’animation en ligne suivante et le travail effectué ,
résume comment un gène peut être transféré entre
différentes espèces.
Valide ou non ton hypothèse de départ
Pourcentage d’identité de deux molécules de syncytine comparées avec
anagène
Molécule de
syncytine
Humaine
Virale
Humaine
100
87,9
Virale
87,9
100
Interprétation: Le pourcentage d’identité
entre les deux molécules de syncytine nous
permet d’affirmer qu’elles ont une origine
commune.
Sachant que cette molécule ne se trouve que
chez l’homme parmi les primates, l’hypothèse
d’un transfert horizontal de gène via un virus
est confirmée
Test 4 : Comportement et diversification
 Indique quels sont les
processus à la base de
l’apprentissage du chant
chez les moineaux.
 Confirme ou non ton
hypothèse de départ
Test 5: Diversification par
association
DM
Ambystoma maculatum ou Salamandre ponctuée, est un
vertébré amphibien, qui vit enfouie sous terre et ne sort qu'au
printemps pour pondre dans une mare ou sur les bords d'un lac.
Depuis 120 ans, on connaissait l'association entre l'algue Oophila
amblystomatis et la salamandre fouisseuse Ambystoma
maculatumJusqu'à aujourd'hui, les chercheurs pensaient
que la relation entre l'algue et la salamandre était superficielle :
on parlait alors d'ectosymbiose. Des études plus poussées ont été
récemment réalisées et conduisent à revoir la nature de cette
association unique entre un vertébré et une algue, relation
beaucoup plus étroite qualifiée maintenant d'endosymbiose...
Choisis les affirmations correctes à
partir du document 1:
0 Au stade 15, l'œuf est entièrement colonisé par les
algues chlorophylliennes.
0 Les algues se développent uniquement dans l'œuf et
sur la peau de la salamandre.
0 Les photos a et d sont des indices permettant
d'imaginer une endosymbiose algue/salamandre.
0 Les photos c et b sont des indices permettant
d'imaginer une endosymbiose algue/salamandre.
Légende: A Algues intracellulaire. S granules d'amidon, G grana de chloroplaste, V
Vacuoles . My cellule musculaire. Mi Mitochondrie
Photo e: Algue dans une cellule de salamandre, Photo f: L’algue, Photo g: mitochondrie
de salamandre
Elimine les mots inappropriés:
• L'algue établit avec la salamandre des relations : superficielles - intracellulaires intramoléculaires
• La proximité des mitochondries de la salamandre autour de l'algue Oophila peut
traduire une coopération entre ces 2 molécules - cellules – organites
• Le chloroplaste de l'algue pourrait fournir à la cellule de la salamandre du CO2 du O2 - des sucres
Document 2: Effet de la
présence d’algues dans
l’œuf
La présence de l'algue chlorophyllienne Oophila dans l'œuf de la
Salamandre en modifie les
conditions physico-chimiques : les
graphiques suivants traduisent les
variations de la quantité de
dioxygène (O2) dans l'œuf.
0 En absence de l'algue
chlorophyllienneOophila, on
enregistre aucune variation de la
quantité de dioxygène (O2) à
l'intérieur des œufs de la
Salamandre, quelques soient les
conditions d'éclairement.
0
On rappelle qu'un être vivant
chlorophyllien éclairé est capable de
réaliser la photosynthèse qui se
traduit, sous l'action de la lumière,
par les échanges gazeux suivants :
consommation du dioxyde de
carbone (CO2) et dégagement de
dioxygène (O2).
QCM: En présence de lumière, on observe qu'il y a plus de dioxygène autour de l'œuf.
0 La présence de lumière s'accompagne d'une augmentation de la quantité d'O2 dans
l'œuf.
0 Plus on se trouve à l'intérieur de l'œuf, moins il y a de dioxygène.
0 On peut supposer que ce sont les algues de l'œuf qui sont responsables de
l'augmentation du O2 sous l'effet de l'éclairement
Document 3 : Des bénéfices pour l'algue et pour la salamandre :
- 3 lots de 300 œufs sont
placés dans des conditions
différentes : le premier lot est
élevé en absence de lumière ;
le second avec une alternance
de 12 H de lumière et de 12 H
d'obscurité ; le troisième lot est
placé dans un environnement
avec 24H de lumière par jour.
- Si l'embryon est extrait de
l'œuf et qu'il ne reste que la
masse gélatineuse, les algues
ne se multiplient pas. Les
chercheurs pensent que les
alguesOophila ont besoin des
déchets produits par l'embryon
(déchets azotés, CO2...)pour se
multiplier.
Recopie les bonnes
affirmations:
Au 52ème jour, 80% des œufs du1er lot sont éclos:
 La lumière augmente la vitesse du développement
embryonnaire et accélère l'éclosion
Au 70ème jour, il y a plus d'œufs éclos chez les lots
soumis à l'obscurité et à l'alternance jour/nuit.
La présence des algues améliore le développement des
embryons grâce à leur photosynthèse.
La présence de l'embryon améliore le développement
des algues.
Pour info Doc 4: Une endosymbiose
héritable, travaux actuels
0 Les chercheurs n'ont jamais pu décrire l'algue Oophila en tant qu'algue vivant
librement dans une mare ou un étang. De plus il n'a jamais été possible de
mettre en évidence l'acquisition de cette algue par les salamandres à partir de
l'environnement.
L'utilisation du microscope optique n'a jamais révélé la présence d'Oophila
dans les oviductes, les oocytes ou les voies génitales mâles de la salamandre.
Les cultures d'eau de lavage des oviductes n'ont jamais mis en évidence la
présence de ces algues.
0
Les derniers travaux effectués par Ryan Kerney et ses collaborateurs de
l'université d'Halifax (canada) ont porté sur la recherche de l'ADN ribosomale
18S, spécifique de l'algue Oophila, dans les tissus reproducteurs de la
salamandre.
Chez les 3 salamandres femelles testées, de l'ADNr 18S specifique d'Oophila a
été trouvé dans les parties postérieures et antérieures des oviductes et une
seule fois dans les ovaires. Chez 3 salamandres mâles testées, de l'ADNr 18S
d'Oophila à été repéré une fois dans la partie basse des spermiductes et une
fois dans la partie haute de ces canaux.
Propositions d'affirmations
pour un QCM :
 Avant les travaux effectués par Ryan Kerney, les
expériences réalisées ne confirmaient pas l'hypothèse
d'une transmission directe des algues Oophila des
adultes vers les œufs des salamandres.
 Avant les travaux de R.Kerney, il pouvait être admis
que les algues colonisaient les œufs à partir de
l'environnement.
 Les travaux de Kerney sont largement suffisants pour
dire que les œufs et les embryons de salamandre
héritent des algues Oophila de leurs parents.
 Les travaux de Kerney montrent qu'il peut y avoir une
transmission des algues des parents aux œufs à partir
des voies génitales parentales.
Etape 3:
Je complète le schéma bilan
résumant les processus de
diversification du vivant
étudiés
Bilan :
0 Des modifications du génome:
Au-delà des mutations et du brassage génétique associé à la
méiose et la fécondation, des différences d’expression (
variations dans la chronologie et l’intensité) de gènes du
développement peuvent être à l’origine de variations de
caractères phénotypiques.
Au cours de l’évolution , le génome de certaines espèces s’est
enrichi de gènes nouveaux provenant d’autres espèces. Ces
transferts horizontaux de gènes sont à l’origine de
l’acquisition de caractères phénotypiques nouveaux.
0 Des associations de génome:
Chez les végétaux, il arrive que des individus d’espèces différentes
s’hybrident. Ces hybrides peuvent être à l’origine de nouvelles
espèces ( hybridation suivie de polyploïdisation)
0 Diversification sans modification de génome:
Les symbioses sont des associations étroites entre deux individus
appartenant à des espèces différentes. Le phénotype qui en résulte
est différent , les symbioses sont source de diversification du vivant
L’apprentissage par imitation est aussi source de diversification ,
il s’effectue au sein d’une même population et il est transmissible
d’une génération à l’autre.
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