- CHAPITRE 2 : Diversification génétique et diversification des êtres vivants

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1 - CHAPITRE 2 : Diversification génétique et diversification des êtres vivants CHAPITRE 1A2 : DIVERSIFICATION GENETIQUE ET DIVERSIFICATION DES ETRES VIVANTS LES ACQUIS A MAITRISER POUR BIEN ABORDER LE THEME : (A revoir si nécessaire) Les différentes échelles de la biodiversité : Programme de seconde. Les relations entre les 3 échelles du phénotype (phénotype macroscopique dépend du phénotype cellulaire, luimême induit par le phénotype moléculaire): Programme de première S Le phénotype moléculaire dépend du génotype et de l environnement: Programme de première S Les mutations sont la source aléatoire de la diversité des allèles, fondement de la biodiversité: Programme de seconde et de première S. Notion de caractères héréditaires, transmis lors de la reproduction sexuée, et modalités de cette transmission : Chapitre 1A1 de Tle S Possibilité de survenues d anomalies lors du déroulement de la méiose, et ont perçus les conséquences de ces anomalies, pour l individu, mais aussi dans un contexte d évolution du vivant : Chapitre 1A1 de Tle S Notion d homologie moléculaire (utilisées pour établir des relations de parentés) : Programme de première S + programme TS chapitre 1A1 : les familles multigéniques. CONTRAT - ÉLÈVE n : LES OBJECTIFS A ATTEINDRE A L ISSUE DU THEME OBJECTIFS DE CONNAISSANCES 1- Savoir définir les mots suivants : Symbiose, endosymbiose, polyploïdisation, gène de développement (ex des gènes homéotiques), gènes homologues, 2- Connaître des mécanismes de diversification du vivant qui n ont pas pour cause initiale une modification du génome : Symbiose et endosymbiose, transmission de comportements par l apprentissage 3- Connaître des mécanismes de diversification du vivant liés à des modifications du génome : polyploïdisation, transfert de gènes viraux, modification de gènes de développement pouvant induire des remaniements du plan d organisation. 4- Connaître le lien entre pourcentage de ressemblance entre des gènes et homologie moléculaire. 5- Savoir expliquer que l homologie moléculaire désigne un lien évolutif entre deux molécules observées chez des espèces différentes 6- Savoir expliquer que des formes vivantes très différentes peuvent résulter de variations dans la chronologie et l'intensité d'expression de gènes de développement communs, plus que d'une différence génétique. OBJECTIFS DE " SAVOIR-FAIRE " 7- Être capable de réaliser une synthèse sur un sujet inconnu à partir de ressources documentaires. 8- Être capable de présenter une synthèse oralement au groupe classe. 9- Savoir exploiter des documents et les mettre en relation avec ses connaissances pour répondre à un problème scientifique.

2 Introduction L association des mutations et du brassage génétique au cours de la méiose et de la fécondation ne suffisent pas à expliquer la totalité de la diversification du vivant. D autres processus, génétiques et non génétiques peuvent aussi participer à cette diversification. Quels sont les autres mécanismes qui permettent de diversifier le vivant? 1. I- Des mécanismes génétiques impliqués dans la diversification du vivant Plusieurs mécanismes génétiques peuvent créer de la diversité au sein du vivant tels que : A. la polyploïdisation : TP 4 travail groupe/ compte rendu polyploïdie ce mécanisme consiste à augmenter le nombre de chromosomes présents dans les cellules d une espèce. Chez les végétaux comme les Brassicacées, cette polyploïdisation peut résulter d une anomalie de la méiose (cas de l autopolyploïdisation), soit d une hybridation (rencontre entre les gamètes d espèces différentes) suivi d une mitose anormale au cours de laquelle les chromatides ne se séparent pas (allopolyploïdisation). On peut aussi observer ce mécanisme chez des espèces animales comme la Salamandre chez lesquelles la multiplication du nombre de chromosomes est liée à un mode de reproduction particulier (kleptogenèse). Autopolyploïdisation Allopolyploïdisation

3 B. les transferts horizontaux de gènes: Remarque : transferts verticaux de matériel génétique : des parents aux descendants grâce à la méiose et la fécondation dans le cadre de la reproduction sexuée. C est un processus dans lequel un organisme intègre du matériel génétique provenant d'un autre organisme sans en être le descendant. Intégration par une cellule d un fragment d ADN libre dans le milieu est l un des mécanismes de transfert horizontal. Schéma main de transfert horizontal d ADN libre (Bordas P. 43) Les transferts horizontaux peuvent aussi faire intervenir des vecteurs comme les virus Schéma main de transfert horizontal par voie virale (Bordas P.43) Il existe différents mécanismes de transferts horizontaux de matériel génétique à l origine de la diversification des êtres vivants

4 2. II- D autres mécanismes non génétiques peuvent aussi participer à la diversification du vivant Des mécanismes non génétiques peuvent aussi conduire à la diversification du vivant comme : - Les symbioses: Il s agit d un échange à bénéfice réciproque entre deux espèces. Ces échanges permettent aux deux symbiotes d acquérir des capacités qu ils ne possèdent pas en dehors de l association. Par exemple dans la symbiose Rhizobium-Fabacées, les rhizobiums libèrent de la nitrogénase uniquement en présence de la plante ; la plante peut bénéficier de l azote atmosphérique uniquement en présence de la bactérie. Parfois comme dans le cas des salamandres chlorophylliennes, un des symbiotes est à l intérieur de l autre, on parle d endosymbiose. TP 4 travail groupe/ compte rendu polyploïdie

5 - L apprentissage : Il permet le développement de comportements nouveaux (chants des oiseaux), source de diversité. 3. III- Une diversification liés à des variations dans l expression des gènes du développement La mise en place du plan d organisation est contrôlée par des gènes appelés gènes du développement (dont font partie les gènes homéotiques). Ces gènes homéotiques ont été mis en évidence chez des espèces très différentes. Leur comparaison montre des séquences de nucléotides et des fonctions très voisines qui indique une histoire évolutive commune entre ces gènes (ils ont un ancêtre commun) que l on qualifie pour cette raison de gènes homologues. TP 4 travail groupe/ compte rendu polyploïdie Des mutations des gènes homéotiques peuvent entrainer des modifications de l expression d un ou quelques gène(s) de développement, créant de nouvelles formes du vivant (c est l idée de «monstre prometteur»). Les mutants homéotiques peuvent être viables et fertiles. Des formes vivantes très différentes peuvent aussi résulter de variations dans la chronologie et

6 l'intensité d'expression de gènes communs, plus que d'une différence génétique (exemple des pinsons de Darwin).

7 Tableau synthétique de divers mécanismes de diversification des êtres vivants. Nom du mécanisme Transfert horizontal de matériel génétique Polyploïdisation Expression des gènes de développement Symbiose Transmission culturelle des comportements Génétique/non génétique Explication du mécanisme Génétique Génétique Génétique Non génétique Non génétique Intégration par une cellule d un fragment d ADN libre dans le milieu les transferts horizontaux peuvent aussi faire intervenir des vecteurs comme les virus doublement accidentel du nombre de chromosomes après hybridation chaque chromosome possède alors un homologue méiose possible l hybride est alors fertile. variations dans la chronologie et l'intensité d'expression des gènes de développement association durable et à bénéfice réciproque entre deux êtres vivants Apprentissage d un comportement au contact des congénères. conséquences diversifient les propriétés des espèces et en modifient le mode de vie. Même peu fréquents ils finissent par avoir un rôle évolutif majeur. les individus polyploïdes possèdent des génomes et un caryotype différent de ceux des espèces dont ils proviennent. Ils exprimeront donc des caractères et un phénotype différent de Ces variations se traduisent par des modifications des organes formés à l issue du développement embryonnaire. Des modifications de l expression des gènes du développement au Certaines associations entre 2 êtres vivants peuvent se traduire par la synthèse de nouvelles substances, la mise en place de nouvelles structures ou encore la modification de comportements qui n existent pas transmission de comportements de génération en génération au sein d une société d individus vivant en commun ATTTENTION : Les principaux mécanismes de diversification sont la méiose et la fécondation

8 l espèce d origine. cours de l évolution ont- ainsi pu mener à des innovations qui ont été retenues par sélection naturelle individuellement chez chacun des partenaires.

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