Chapitre 1A1 : Le brassage génétique et la diversité des génomes Chapitre 1A2 : La diversification des êtres vivants. I / Modification du génome et diversification du vivant A) Association de génomes et diversification du vivant.
Document 3 - Electrophorèse de fragments d ADN de différentes espèces de Spartines.
Document 4 - L importance de la polyploïdisation chez les angiospermes et les animaux.
Bilan : Dans la nature, certains êtres vivants présentent des anomalies de ploïdie sur l ensemble du caryotype : ces individus polyploïdes possèdent plus de deux jeux complets de chromosomes. Ce phénomène est assez courant et plus de 70% des Angiospermes (plantes à fleurs) seraient issus d au moins un évènement de polyploïdisation. Souvent, ces individus polyploïdes proviennent d une hybridation entre individus d espèces proches, donc la combinaison originale de deux génomes existants. Néanmoins, ces hybrides sont stériles car les chromosomes ne peuvent pas s apparier et la méiose ne peut aboutir. Cependant, dans certains cas, une méiose anormale peut conduire à un doublement du nombre de chromosomes : c est la polyploïdisation. Les individus polyploïdes, possédant des caractéristiques nouvelles, sont alors fertiles, et permettent la formation d une nouvelle espèce végétale qui si elle est adaptée pourra se maintenir. De la diversification a donc été générée sans pour autant qu il y ait eu de mutation.
Atelier n 1 Les transferts horizontaux A l aide des documents 1, 2, 3 et 4 p 42 de votre livre, et du document ci-dessus, 1. Déterminer le rôle de la syncytine lors de la formation du placenta humain 2. Déterminer les arguments suggérant que le gène codant la syncytine est d origine virale. 3. Préciser quels sont les mécanismes qui peuvent entrer en jeu dans de tels transferts.
Atelier n 2 L importance évolutive des transferts horizontaux. A l aide des documents 5 et 6 p 43 de votre livre, et des documents ci-dessus, 1. Expliquer en quoi le transfert de gène a changé le phénotype et la biologie de chacune des espèces considérées, dans le doc 6. 2. Montrer que les transferts de gènes entre espèces différentes sont un facteur de diversification du vivant. 3. Expliquer comment une meilleure connaissance de ces mécanismes a pu faire évoluer notre vision de l évolution du vivant.
B) Transferts de gènes et diversification du vivant. Atelier 1 et 2
Bilan : Le transfert horizontal de gènes est un processus dans lequel un organisme incorpore le matériel génétique d un autre organisme avec lequel il n a aucun lien familial direct (père ou mère). Cette capacité d échanger du matériel génétique avec d autres êtres vivants est fréquente chez de nombreux procaryotes (bactéries), mais peut également être réalisée par l intermédiaire de virus qui sont capables d intégrer une partie de leur génome dans celui de l espèce qu ils infectent. Ces évènement sont rares mais peuvent conduire à l acquisition de nouveaux caractères, qui si ils sont avantageux conduisent à la sélection de l individu modifié. Il s agit donc d une diversification génétique du vivant par acquisition de nouveaux gènes. Le génome humain contiendrait ainsi environ 10% de gènes d origine virale. Les conséquences évolutives de ce phénomène peuvent être fondamentales (ex. : origine de la lignée verte), et entrainent une complexification des arbres de parenté : on peut alors parler de réseau phylogénétique au lieu d arbres phylogénétiques.
Atelier n 3 L endosymbiose. A l aide des documents 3, 4 et 5 p45 de votre livre, et du document ci-dessus, 1. Déterminer quelques arguments suggérant que le chloroplaste est issu d une cyanobactérie intégrée au cytoplasme d une cellule eucaryote. 2. Préciser quel est le nouveau phénotype conféré à un eucaryote par l acquisition d une cyanobactérie endosymbiotique.
Animation endosymbiose
Bilan : L association d une cyanobactérie photosynthétique avec une cellule eucaryote aurait conduit à l apparition de la cellule végétale. C est la théorie endosymbiotique, qui aurait conduit à une très grande diversification du vivant. Les symbiotes bactériens seraient alors devenus des organites : les chloroplastes et un nouveau type de cellule réalisant la photosynthèse serait apparue : la cellule végétale. D) Modifications de l expression des gènes du développement et diversification du vivant. Ateliers 4 et 5
Atelier n 4 Gènes du développement et évolution. A l aide des documents 1, 2, 3 et 4 p 40 de votre livre, et du document ci-dessus, 1. Expliquer pourquoi on peut dire que les gènes du développement constituent une famille de gènes apparentés. 2. Montrer que le gène Hox D13 a un rôle clé dans le développement des doigts. 3. Préciser comment interpréter l absence de doigt du poisson malgré la présence du gène Hox D13.
Atelier n 5 Modification d expression des gènes du développement. A l aide des documents 5 et 6 p 41 de votre livre, et des documents ci-dessus, 1. Expliquer l absence de pattes chez les serpents. 2. Montrer que le rôle des gènes du développement consiste à réguler d'autres gènes. 3. Etablir une relation entre la forme du bec des pinsons et les modalités d expression du gène Bmp4. 4. Expliquer comment des modifications de la chronologie et de l intensité de l expression des gènes peuvent participer à la diversification du vivant.
Bilan : Chez de nombreux êtres vivants, certains gènes contrôlent la mise en place du plan d organisation, ce sont les gènes du développement. Ces gènes dérivent de gènes ancestraux communs et présentent de fortes homologies de séquences, et sont disposés sur les chromosomes de façon similaire chez des êtres vivants pourtant très différents. Impliqués dans la régulation de l expression d autres gènes, ils permettent la construction des plans d organisation de chaque espèce, ils sont qualifiés de gènes architectes. La régionalisation de ces gènes sur les chromosomes est associée à une régionalisation de leur expression dans le temps et dans l espace. Comme les autres gènes, les gènes du développement s expriment à un moment donné, dans certaines cellules, avec une certaine intensité et pendant un temps donné. Des variations de ces caractéristiques d expression auront des incidences sur le développement ou non de certaines caractéristiques morphologiques des individus. Ainsi, des variations d expression des gènes du développement peuvent être à l origine d une diversification des êtres vivants. (Ex : le gène HoxD13 de la souris et du poisson zèbre; les gènes Hox C et l absence de patte des serpents.)
Pinus resinosa et Wilcoxina mikolae
Glucides Reste de la plante Acides Aminés Glucides Cellule végétale Rhizobium Acides Aminés NH4 + NH4 + Energie N2 N2
Bilan : Des individus appartenant à des espèces différentes peuvent parfois vivre en association étroite. C est la symbiose. Dans ce cas, les deux espèces tirent un bénéfice mutuel de l association : leur coopération procure à chaque individu un avantage réciproque. Les associations symbiotiques modifient le phénotype des deux partenaires : l organisme symbiotique acquiert de nouvelles capacités qu aucun des deux partenaires n a seul. En ce sens les symbioses sont une source de diversification du vivant, sans modification du génome. Ex1 : les Lichens (Algues / Champignons) Ex2 : les Mycorhizes (Champignons / racines des végétaux) Ex3 : Nodosités (Bactéries Rhizobium / Racines des Fabacées) Ex4 : Azolla (Fougère) / Anabaena (Cyanobactérie) Ex5 : Coraux (Animaux) / Xanthelle (Algue)
Bilan : Chez les vertébrés, on peut observer une transmission culturelle de comportements d une génération à l autre par voie non génétique. Chez les oiseaux par exemple, des différences de chant («dialectes») apparaissent entre les différentes populations (variations régionales) mais également entre les individus (variations individuelles). L aptitude au chant a donc une base génétique innée (l oiseau est capable de chanter : caractère héritable) mais aussi une base culturelle acquise : l'étude de sonogrammes montre que le chant s'acquiert notamment par un apprentissage lors de l'élevage de l'individu parmi ses congénères. Ces processus enrichissent la biodiversité et illustrent un nouveau mécanisme de diversification des êtres vivants.