THEME 1 A EXPRESSION, STABILITE ET VARIATION DU PATRIMOINE GENETIQUE CHAPITRE 2 VARIABILITE GENETIQUE ET MUTATION DE L ADN I. LES MUTATIONS : DES MODIFICATIONS SPONTANEES DE L ADN TD : voir Annexe 1 Dans un clone de bactéries tous les individus proviennent de la division par scissiparité d une bactérie souche. Ils possèdent donc la même information génétique (Voir le chapitre 1 du thème 1 A et la réplication de l ADN). L expérience étudiée montre que dans un clone de bactéries sensibles à la canavanine, apparaissent des individus résistants à la canavanine. Un caractère différent, la résistance à la canavanine, est apparu spontanément dans cette culture microbienne avec une fréquence faible, ici de 4/10 8. Cette modification résulte d une modification de la séquence de nucléotide de la molécule d ADN. C est une mutation. La réplication de l ADN se fait donc parfois avec des erreurs. Ces erreurs dans la réplication peuvent être mises en évidence dans les expériences de PCR (Polymérase Chain Reaction). Voir livre page 33 document 4 et l animation disponible avec le lien suivant : http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/pcr/images/pcr1.swf. Au cours des différents cycles apparaissent des ADN dont la séquence de nucléotides possèdent des erreurs par rapport à la séquence initiale. II. LES VARIATIONS DE LA FREQUENCE DES MUTATIONS TD : voir Annexe 2 Dans l expérience étudiée la fréquence des mutations est de 1/10 6. Des bactéries exposées à des rayons UV montrent une fréquence de mutations beaucoup plus élevée que sans exposition aux UV. Les rayons UV sont des agents mutagènes. Ils augmentent les erreurs au moment de la réplication. Chapitre 2 Variabilité génétique et mutation de l ADN Page 1
Quelle est l action des rayons UV sur la molécule d ADN? Page 34 document 2 L énergie des rayons ultraviolets va induire des liaisons covalentes entre deux thymines situées sur deux nucléotides adjacents. Ces dimères de thymine vont bloquer la réplication, car l ADNpolymérase ne pourra pas les franchir, entraînant la mort de la cellule ou alors perturber la réplication si l ADNpolymérase arrive à les franchir ce qui entraînera des erreurs d appariements. Quelles sont les conséquences sur la peau? Certaines mutations provoquées par les rayons UV vont entraîner la cancérisation des cellules, c'est-à-dire une multiplication incontrôlée des cellules. Voir page 35 document 4 Les rayons UV sont des agents cancérogènes certains. Comment réagit une cellule dont l ADN a subi des modifications? III. LE DEVENIR DES MODIFICATIONS DE L ADN Evolution du pourcentage de dimère de thymine de l ADN en fonction de l exposition aux UV L Erg est l unité d énergie dans le système CGS. 1 Erg = 10-7 J du système MKS. Chapitre 2 Variabilité génétique et mutation de l ADN Page 2
Interpréter les résultats ci-dessus L action des rayons UV est différente suivant les individus. Les malades atteints de xeroderma pigmentosum sont beaucoup plus sensibles aux rayons UV. Comment expliquer cette différence? Evolution du pourcentage de dimère de thymine dans l ADN Interpréter les résultats de cette expérience. Chez les individus non atteints le pourcentage de thymine diminue avec le temps. Conclure Un individu sain est capable de corriger les erreurs apparaissant dans l ADN en supprimant les lésions de cette molécule. Chapitre 2 Variabilité génétique et mutation de l ADN Page 3
IV. LES MUTATIONS : SOURCE DE LA BIODIVERSITE Mise en évidence de la biodiversité Diversité génétique : chez l aubergine chez la pomme de Terre Dans une population d êtres vivants de la même espèce, il existe souvent une grande diversité allélique : de nombreux gènes sont représentés par plusieurs allèles différents. De nouveaux allèles apparaissent sans cesse par mutation génique. Observation de l évolution de la biodiversité Page 39 document 3 L expérience de Lenski montre qu au cours du temps apparaissent dans la population d Eschericia coli des individus possédant des caractéristiques différentes. La tendance va vers une diversité plus grande des individus. Chapitre 2 Variabilité génétique et mutation de l ADN Page 4
Annexe 1 TD 1 ère S SVT Mise en évidence de l apparition spontanée de mutants dans une culture cellulaire Toutes les cellules issues d une même cellule-mère devraient avoir la même information génétique et donc présenter le même phénotype dans le même milieu. Une culture de cellules sauvages [CanS], sensibles à la canavanine (analogue toxique de l'arginine elle entraîne la mort des cellules sauvages), est partagée en deux fractions de même volume. L'une est étalée sur un milieu, l autre est étalée sur un milieu contenant de la canavanine. L'arginine et son analogue toxique la canavanine. Pour être sûr de voir des colonies séparées on va étaler plusieurs dilutions de la suspension cellulaire (Une suspension est diluée d un facteur 100 (dilution au 1/100) lorsque l on prend 1 volume de la suspension et qu on y ajoute 99 volumes d eau, le volume final est donc de 100 volumes et il y a autant de cellules dans un volume initial que dans 100 volumes finalement, autrement dit 1ml de la dilution contient 10 fois moins de cellules qu un ml de la suspension initiale (ViCi=VfCf, V=volume, C=concentration, i pour initial, f pour final). Dilution 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 Témoin non irradié + canavine Le grisé foncé indique une croissance confluente dans les boites, le blanc aucun clone. Tableau 1. Résultats d'une expérience de culture de levure. 100 colonies 10 colonies Il apparaît spontanément des mutants résistants à la canavanine [CanR]. 1 / Calculer le nombre de cellules présentes dans la solution initiale. 2 / Calculer la fréquence d apparition des mutants [CanR]. 3 / Quelle modification est à l origine de cette résistance à la canavanine? Source Chapitre 2 Variabilité génétique et mutation de l ADN Page 5
Annexe 2 TD 1 ère S SVT Mise en évidence de l action des UV sur l apparition de mutants dans une culture cellulaire Une culture de cellules sauvages [CanS], sensibles à la canavanine, est exposée aux UV. Elle est partagée en deux fractions de même volume. L'une est étalée sur un milieu, l autre est étalée sur un milieu contenant de la canavanine. Dilution 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 Fraction traitée aux UV + canavine 100 colonies 10 colonies Tableau 2. Résultats d'une expérience de culture de levure après irridation. 1 / Calculer le nombre de cellules présentes dans la solution initiale. 2 / Calculer la fréquence d apparition des mutants [CanR]. 3 / Comparez cette fréquence avec la fréquence d apparition des mutations spontanées (sans UV). 3 / Donner une conclusion sur l action des UV. Source Chapitre 2 Variabilité génétique et mutation de l ADN Page 6