Ressources. Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation problème (durée maximale : 10 minutes)

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1 Fiche sujet candidat (1/2) Mise en situation et recherche à mener Chez l humain et de nombreux primates (Chimpanzé, Gorille, Macaque), la vision repose sur la présence de 3 gènes différents d opsines qui permettent la production de protéines dont le rôle est de capter une gamme précise de longueurs d ondes. L opsine S capte le bleu (380 à 480 nm), l opsine M capte le vert (500 à 580 nm) et l opsine L capte le rouge (580 à 700 nm). Néanmoins, nous savons que certains primates (Saïmiri, Cebus) sont dépourvus du gène de l opsine L et possèdent seulement l Opsine S et l Opsine M. On cherche à démontrer que le gène de l opsine L est issu de la duplication d un gène ancestral dont on peut estimer l âge. Ressources Document 1 : Qu est-ce qu une famille multigénique? Au sein du génome d une espèce, les similitudes entre gènes (famille de gènes) sont interprétées comme le résultat d une ou plusieurs duplications d un gène ancestral. Le degré de similitude entre gènes d une même famille traduit le temps écoulé depuis la duplication/transposition d un gène ancestral à l origine de deux copies de ce gène. Ainsi, plus il y a de différences, plus la divergence entre les deux molécules sera ancienne. La divergence des gènes d une famille s explique par l accumulation de mutations. Dans certains cas, ces processus peuvent conduire à l acquisition de gènes correspondants à de nouvelles fonctions. Document 2 : Le principe de la duplication génique (D : Duplication, T : Transposition, M : mutations) Matériel disponible : - Matériel courant de laboratoire (microscope, lames, lamelles, verrerie de laboratoire, matériel à dissection ) - PC équipé des logiciels habituellement utilisés en SVT (Anagène, Phylogène, Rastop, Mesurim, Google Earth ). - Fiches techniques des logiciels - Fichiers de séquences Séquences des opsines S, M et L chez l humain Séquences de l hémoglobine chez l humain Séquences de l opsine bleue chez les Vertébrés et les primates Séquences de l hémoglobine chez les Vertébrés et les primates Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation problème (durée maximale : 10 minutes) Proposer une stratégie de résolution réaliste permettant d identifier que les gènes d opsines sont issus de duplication et permettant d évaluer l âge de ces duplications. Appeler l examinateur pour présenter oralement votre proposition et obtenir la suite du sujet.

2 Fiche sujet candidat (2/2) Etape 2 : Mettre en œuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables Mettre en œuvre le protocole de comparaison des séquences des gènes d opsine pour identifier leurs pourcentages d identité (de ressemblance). Mettre en œuvre le protocole de construction de l arbre phylogénétique pour identifier les relations de parenté entre les Vertébrés et en déduire l âge estimé de la duplication génique ayant formé l opsine L. Appeler l examinateur pour vérifier le résultat et éventuellement obtenir une aide. Etape 3 : Présenter les résultats pour les communiquer Sous la forme de votre choix, présenter les données obtenues pour qu'elles apportent les informations nécessaires à la résolution du problème. Répondre sur la fiche-réponse candidat, appeler l'examinateur pour vérification de votre production. Etape 4 : Exploiter les résultats obtenus pour répondre au problème Exploiter les résultats pour répondre au problème initial et montrer que le gène de l opsine L est issu d une duplication à partir d un gène ancestral, un phénomène dont on peut estimer l âge. Répondre sur la fiche-réponse candidat.

3 Établissement : Classe : THEME 3C De l œil au cerveau, quelques aspects de la vision Nom : Prénom : Étape 3 : Présenter les résultats pour les communiquer Fiche réponse candidat (recto) Durant cette étape, appeler l'examinateur pour vérification de votre production À rendre à l issue de l épreuve

4 Fiche réponse candidat (verso) Étape 4 : Exploiter les résultats obtenus pour répondre au problème À rendre à l issue de l épreuve

5 Procédure détaillée Procédure pour comparer les molécules (étape 2) pour Anagène 2 - Ouvrir le logiciel «ANAGENE 2» (Menu Démarrer > Tous les programmes > 001-Biologie > Anagène 2 > Anagène 2) - Ouvrir les séquences du fichier ops_homme_adn.edi enregistré dans [Ma classe > Documents en consultation > SVT > THEME 3 > Theme 3C > TP4] - Comparer les séquences de l opsine L et M en choisissant la comparaison avec discontinuité - Sélectionner le traitement obtenu et cliquer sur l icône informations afin d obtenir les pourcentages d identité entre ces gènes - Comparer les séquences de l opsine L et l opsine S et identifiez leur pourcentage d identité - Comparer les séquences de l opsine S et l opsine M et identifiez leur pourcentage d identité - Reportez ces informations sur votre fiche candidat sous une forme appropriée Remarque : Lorsqu on choisit la comparaison simple, les informations données sont exprimées en pourcentages de différences alors que si la comparaison a été faite par alignements avec discontinuités, ce sont les pourcentages d identités qui sont donnés. Procédure pour construire l arbre phylogénétique des Vertébrés - Ouvrir le logiciel «PHYLOGENE 2011» (Menu Démarrer > Tous les programmes > 001-Biologie > Phylogène 2011 > Phylo) - Ouvrir le fichier de molécule et choisir «Vertébrés Lycée» > «Molécules» > opsine-bleue.aln - Sélectionner les séquences protéiques des animaux étudiés - Construire l arbre phylogénétique de ces Vertébrés et choisir l option «Arbre Clade» - Reportez ces informations sur votre fiche candidat sous une forme appropriée Remarque : On estime que : - l ancêtre commun entre le Saïmiri et le Macaque aurait 40 millions d années (Ma) - l ancêtre commun entre l Homme et le Macaque aurait 23 millions d années(ma) - l ancêtre commun entre l Homme et le Chimpanzé aurait 10 millions d années (Ma)

6 PROPOSITION DE CORRIGE ETAPE 1 : - Comparaison des séquences pour voir qui est proche de qui (ancien / récent) Anagène - Réaliser un arbre phylogénétique et identifier l âge de la duplication Phylogène - Utiliser des ressources complémentaires pour savoir qui possède les opsines L? ETAPE 3 : (suite) ETAPE 2 : (évalué en salle) ETAPE 3 : Seq 1 Opsine L Opsine M Opsine S Seq2 Opsine L 0 98,6 53,9 Opsine M 0 54,7 Opsine S 0 Tableau montrant les % de ressemblances entre les séquences nucléotidiques des gènes d opsines. ETAPE 4 : - - Le gène d opsine L est très proche (valeur?) de celui de l opsine M. Ces deux gènes sont très différents de l opsine S. Ceci suggère qu il y a eu une duplication à partir d un gène ancestral qui a produit le gène M et L. (Ancêtre M + L). - - Seuls les singes de «l ancien monde» possèdent le gène d opsine L (absent chez les Saïmiri, les Cebus et les souris). Sachant que l ancêtre entre les Saïmiri et les Macaques est daté à 40 Ma alors que celui entre l Homme et le Macaque est daté à 23 Ma, on peut donner un âge compris entre 40 et 23 Ma pour cette duplication. Arbre phylogénétique des primates permettant de dater la duplication ayant permis la formation du gène d opsine L