TP3. Comprendre l apparition d un caractère nouveau.

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1 TP3 Comprendre l apparition d un caractère nouveau. Lycée E. Delacroix 1 ère S Programme 2011

2 Deux boîtes de Pétri à J+7 présentant des colonies de levures A gauche, boîte non soumise aux UV après ensemencement, à droite boîte soumise 3 minutes aux UV après ensemencement.

3 Une colonie est une centaine de levures issues de divisions successives. Souche Ade2 Observation de Levures au M.O.! Observation à l œil nu! Source: Nathan, ed.2010, SVT 2 nde, p.67

4 Etape 1 de l ECE: Concevoir une stratégie pour résoudre une situation problème (10 min) On observe : moins de colonies, et des phénotypes nouveaux (blancs) dans la boîte exposée 3 min aux UV comparativement à la boîte témoin (sans UV). On sait que les colonies sont issues d une cellule mère initiale qui, par mitoses successives, donne des clones de même génotype. Les UV étant mutagènes, on suppose que des mutations ont affecté le gène codant pour la couleur des levures et le gène intervenant dans la mitose. On souhaite utiliser Anagène pour réaliser une comparaison de séquences nucléotidiques entre les levures blanches et rouges. On s attend à observer des différences alléliques entre les souches.

5 Etape 2 : Mettre en œuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables Comparaison de la séquence nucléotidique du gène intervenant dans la couleur des levures: deux allèles sont comparés Substitution d une thymine par une guanine = MUTATION Fichier anagène

6 Un gène (ici allèle) code pour une protéine Conversion des séquences nucléotidiques en séquences peptidiques, puis comparaison de la séquence protéique du gène intervenant dans la couleur des levures La mutation du nucléotide n 662 a entraîné une coupure de la protéine fabriquée, elle ne contient plus que 219 acides aminés. Fichier anagène

7 Document 1 : caractéristiques des levures ensemencées La levure de bière Saccharomyces cerevisiae est une espèce unicellulaire chez laquelle il existe deux souches (=variétés). La souche sauvage (=la plus fréquente dans la nature) est capable de synthétiser une molécule organique l adénine. Cette souche forme des colonies blanches. La souche mutante (= la plus rare), nommée Ade2, ne peut la synthétiser, ce qui se traduit par l accumulation d un pigment rouge dans le cytoplasme des cellules. De plus, il est indispensable d ajouter de l adénine au milieu de culture pour assurer le développement des mutants Ade2. Exemple de réactions métaboliques chez les levures Ade2 Source: biologie des levures, Didier Pol.

8 Mise en relation des connaissances apportées par Anagène et par le document 1 Les levures de phénotype rouge sont mutantes, issues de la mutation du gène ade2 aboutissant à un allèle muté et à une protéine enz6 non fonctionnelle (induisant la rupture de la voie de biosynthèse et l accumulation d un pigment rouge). Les levures blanches, sauvages, ont été obtenues par mutation «reverse», en soumettant les levures rouges aux UV.

9 Les effets des UV Ils ne sont pas parmi les plus énergétiques et ne sont pas ionisants, mais leurs longueurs d'onde sont absorbées préférentiellement par des bases de l'adn et par les acides aminés aromatiques des protéines. On distingue parmi les UV : les UV-C ( nm) : les plus énergétiques. Ils son létaux mais absorbés par la couche d'ozone. les UV-B ( nm) : ils peuvent être létaux. Ils constituent le rayonnement mutagène de la lumière solaire. les UV-A (320 - visible) : ils ont des effets délétères parce qu'ils créent des radicaux oxygène mais ils produisent peu de dimères de la pyrimidine. Les lampes à bronzer produisent des U.V.-A et des U.V.-B. La plupart des lésions létales sont des dimères entre bases pyrimidiques ( T-T ou T-C) dans l'adn, résultat de l'établissement d'une liaison covalente entre pyrimidines adjacentes sur un brin. Ces dimères comme la majeurs partie des lésions d'origine chimique, bloquent la transcription et la réplication. Elles sont létales si elles ne sont pas réparées. Elles génèrent aussi des mutations et des réarrangements chromosomiques.

10 Les 3 types d UV

11 Effets des UV sur l ADN: création de dimères anormaux

12 Les dimères anormaux sont généralement reconnus par des protéines réparatrices qui contrôlent systématiquement la molécule d ADN

13 Mise en relation des connaissances issues de l ensemble documentaire Sur le fichier Anagène, on constate deux Thymines consécutives pour l allèle nommé allèle 1; il doit s agir de la levure rouge, car ce dimère de thymine est une cible potentielle des UV, facile à muter. Cet allèle code pour une protéine très longue. De manière surprenante, on peut supposer que cette protéine longue n est plus fonctionnelle, chez les levures ade2 rouges.

14 Autre problème à résoudre: Constat: Lorsqu on soumet des levures de phénotype rouge (levures «ade 2») à une exposition de 3 minutes aux UV on constate: - un nombre moins important de colonies totales 7 jours après l ensemencement par rapport à la boîte témoin, non soumise aux UV Problème: comment expliquer la disparition de levures suite à l exposition aux UV (moins de colonies 7 jours plus tard),? Hypothèse: - Les UV ont «tué» les levures ensemencées à J0, certaines ont survécu et par mitose ont donné des colonies rouges ou blanches. Les UV ont agi sur l ADN de certaines levures, engendrant une mutation d un gène intervenant dans la mitose. Cette mutation est létale pour la cellule mutée qui ne se divise plus.

15 Le document 1 mentionne l effet des UV sur la molécule d ADN. Les UV (B et A) agissent directement sur la molécule d ADN créant des ponts entre deux thymines consécutives, appelés dimères de thymine. Ces dimères, s ils ne sont pas réparés, compliquent la réplication de l ADN lors de la phase S de l interphase, engendrant alors des erreurs dans les chromatides néoformées. On parle de mutation, le gène initial, est muté, on obtient alors de nouvelles versions ou allèles. Le document 2 précise l ensemble des gènes qui interviennent dans la couleur de la levure. En l occurrence une chaîne de réaction aboutit à la synthèse du nucléotide adénine. Dans cette chaîne de réaction interviennent différentes protéines appelées enzymes. Or on sait qu une protéine est codée par un gène. Pour aboutir à la synthèse de la molécule CAIR à partir de la molécule PRPP, il faut 6 enzymes fonctionnelles, donc 6 gènes non mutés. L accumulation d un pigment rouge dans le cytoplasme des levures s explique par le dysfonctionnement de l enzyme 6 codée par le gène ade2. Dans le cas des levures «blanches», on peut donc supposer qu une mutation favorable a engendré un allèle du gène ade2 codant pour une enzyme 6 fonctionnelle.

16 La disparition de levures suite à l exposition des UV s explique aussi par l effet mutagène des UV. En effet, ces derniers affectent au hasard la molécule d ADN. Si les gènes mutés codent pour des protéines vitales à la levure, celle-ci meurt et n engendre donc aucune descendance. Il n y a donc pas de colonies 7 jours plus tard.

17 Bilan: traces écrites (cours) II. Variabilité génétique et mutation de l ADN Cf 1S TP3 mutation ade2 A) Mise en évidence Etude de résultats de mutagenèse sur des levures ade2 soumises ou non aux UV. B) Conséquence des mutations Pendant la réplication de l ADN surviennent des erreurs spontanées et rares, dont la fréquence est augmentée par l action d agents mutagènes. L ADN peut aussi être endommagé en dehors de la réplication. Le plus souvent l erreur est réparée par des protéines spécifiques, des enzymes. Quand elle ne l est pas, si les modifications n empêchent pas la survie de la cellule, il apparaît une mutation, qui sera transmise si la cellule se divise. Une mutation survient soit dans une cellule somatique (elle est ensuite présente dans le clone issu de cette cellule) soit dans une cellule germinale (elle devient alors héréditaire). Les mutations sont la source aléatoire de la diversité des allèles, fondement de la biodiversité.

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