Thème 1A: GÉNÉTIQUE ET ÉVOLUTION Chapitre 2
Introduction Chapitre 2 : LES MECANISMES DE LA DIVERSIFICATION DES ETRES VIVANTS La biodiversité à ses différentes échelles (génétique, espèce, écosystème) est considérable à la surface de notre planète. Le brassage génétique et les mutations ne suffisent pas à expliquer à eux seuls cette grande diversité des êtres vivants.
Problématique Quels autres mécanismes permettent de modifier les génomes? Comment créer de la diversité avec une même information génétique? I. D AUTRES MÉCANISMES DE DIVERSIFICATION DES GÉNOMES Hypothèses?
Hypothèses?
Problématique Quels autres mécanismes permettent de modifier les génomes? Comment créer de la diversité avec une même information génétique? I. D AUTRES MÉCANISMES DE DIVERSIFICATION DES GÉNOMES 1. Des variations dans l expression des génomes : chronologie, durée et intensité TP4: activité 1.
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant Etape 1 : Tout se passe comme si la seule différence dans le museau des Canidés était la durée de croissance du museau. Hypothèse: ce sont des différences dans la durée ou l intensité de l expression des gènes impliqués dans le développement qui seraient à l origine de la diversité des museaux des Canidés.
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant Etape 2 : Des mutations du gène Hox D13 chez l homme a pour conséquence directe la modification de la morphologie de l ossature des doigts. Ce qui amène à dire que ces gènes sont impliqués dans la mise en place des doigts chez les mammifères.
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant Etape 2 : Homologie remarquable des gènes homéotiques chez un grand nombre d espèces animales : les séquences codantes sont très voisines. Cette homologie indique une origine commune. 100% 99,1% 95,3% 85,4% 43,4% 100% 95,3% 84,7% 43,4% 100% 84,1% 41,4% 100% 43,8% 100%
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant Etape 2 : La chronologie et la région du bourgeon de l expression du gène Hox D13 ne sont pas les mêmes chez le poisson-zèbre et chez la souris. Il s exprime uniquement dans la partie basse du bourgeon chez le poisson-zèbre, alors qu il s exprime dans la partie basse puis vers l avant chez la souris.
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant Etape 2 : L intensité de l expression du gène Bmp4 est plus élevée chez les pinsons à gros bec après 25h de développement. Après 29h de développement, l intensité de l expression du gène Bmp4 est plus localisée et plus intense chez ces mêmes pinsons.
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant Etape 3 : Espèce ancestrale portant une structure X (exemples : museau ou.. main ou ) bec dont la mise en place est gouvernée par.. des gènes du développement Espèce A avec une structure Y :.. Museau court ou nageoire ou Bec moyen Modification : - du lieu - de la.. chronologie - de l ou Intensité. de la durée de l expression des gènes du développement. Espèce B avec une structure Z :.. Museau long ou 5 doigts ou Gros bec
Tous les animaux possèdent des gènes qui s expriment au moment du développement embryonnaire et qui sont responsables de la mise en place du plan d organisation del individu. Ces gènes du développement (gènes homéotiques*) présentant de grandes similitudes dans leurs séquences, les différences morphologiques entre espèces proches résultent de variations dans la chronologie, la durée et l intensité d expression de ces gènes du développement. Ce sont les séquences d ADN régulant ces gènes qui sont distinctes d une espèce à l autre.
2. Les transferts de gènes horizontaux TP4: activité 2. La conjugaison: un exemple de transfert de l ADN chez les bactéries
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant Etape 1 : Un être vivant peut être génétiquement modifié en intégrant de l ADN viral dans ses chromosomes.
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant Etape 2 : la syncytine La syncytine est une substance qui provoque la fusion des cellules.
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant Etape 2 : l origine virale de la syncytine % similitude Env virale Sincytine 1 Homme Sincytine 1 Chimp Sincytine 1 Gorille Sincytine 1 Orang-O Sincytine 1 Gibbon Sincytine 1 Babouin Env virale Sincytine 1 Homme Sincytine 1 Chimp Sincytine 1 Gorille Sincytine 1 Orang-O Sincytine 1 Gibbon Sincytine 1 Babouin 100% 87,9% 88,1% 88,8% 87,2% 87% 24,9% 100% 98,0% 97,2% 95,7% 94,6% 28,1% 100% 97,8% 96,1% 95,2% 27,9% 100% 96,1% 95,2% 27,9% 100% 95,2% 27,5% 100% 27,7% 100% Le gène codant la syncytine chez les Primates a pour origine le gène env d un rétrovirus MSRV. Le transfert de ce gène à un l ancêtre du babouin date de 30Ma.
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant Etape 3 : Espèce A : Transfert de matériel génétique du virus à l espèce A Espèce B : virus Espèce A Espèce A avec gène viral
Un transfert génétique est dit horizontal quand l individu bénéficie d un apport de matériel génétique provenant d un autre organisme, sans en être le descendant. Cela peut se produire entre espèces différentes, par exemple lorsqu un virus intègre son génome dans l ADN de la cellule-cible d un individu lors d une infection (transduction), ce qui peut conduire à la fabrication de protéines jouant un rôle physiologique important. Il faut bien sûr que les cellules germinales soient concernées pour que la modification du génome soit transmise. (Jusqu à 8% de génome viral dans notre ADN!)
3. Les associations de génomes: la polyploïdisation TP4: activité 3. *Polyploïdisation: phénomène de multiplication du nombre de chromosomes (n 2n 3n 4n ). *Hybridation: croisement entre 2 organismes d espèces différentes.
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant Etape 1 : hybridation entre 2 espèces B. distachyon (10) + B. sylvaticum (18) = B. phœnicoides (28 chrom).
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant Etape 2 : Etude du cas «Raphanobrassica» C est le doublement du nombre de chromosomes (polyploïdisation) qui a donné naissance à une nouvelle espèce (4n=36).
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant Etape 3 : Espèce A (2n = 6) Espèce B (2n = 4) Fécondation des gamètes haploïdes Hybride AB stérile (3 + 2 = 5 = n) Polyploïdisation Mitose anormale Doublement des chromosomes Espèce A (2n=6) Espèce C : hybride polyploïde fertile (2n = 5+5=10) Espèce B (2n=4)
L hybridation* entre 2 espèces différentes mais proches produit undescendant quireçoit deses parents 2 lots haploïdes de chromosomes non homologues. Il est par conséquent stérile car la méiose ne peut avoir lieu sans chromosomes homologues. Si une mitose anormale (sans division cellulaire après l anaphase) a lieu après l hybridation, le doublement accidentel des chromosomes produit un polyploïde* qui possède un génome nouveau et exprime des caractères nouveaux: c est la naissance d une nouvelle espèce fertile. La quasi-totalité des espèces végétales ont connu au moins un événement de polyploïdisation au cours de leur évolution.
Alloploïdisation (hybridation de 2 espèces végétales tes) Mitose anormale des cellules germinales: duplication des chromosomes sans division cellulaire x2 Possible que chez les végétaux Autoploïdisation (dans une même espèce) Exemple 1 Diploïde (2n) (non séparation des homologues) Méiose I anormale Gamète anormal fécondation Gamète normal Exemple 2 Méiose I normale Triploïde (3n) Remarque: L autofécondation entre 2 gamètes anormaux conduit à un tétraploïde (4n)
II. LA DIVERSIFICATION SANS MODIFICATION DES GÉNOMES 1. Les symbioses* Livre: pages 40 et 41. *Symbiose: association durable et avantageuse pour les 2 organismes impliqués.
Modification des phénotypes: - Plante: nodosités sur les racines; meilleure croissance (masse sèche supérieure); plus riche en azote produit par les bactéries. - Bactéries: produisent nitrogénase, une enzyme qui transforme l azote atmosphérique en ions utilisables par la plante, uniquement lorsqu elles s associent à une plante. Elles consomment le saccharose présent dans les racines, donc produit par la plante.
Modification des métabolismes: - En présence de zooxanthelles, les cnidaires absorbent davantage d ions qu ils n en rejettent, ce qui profite aux algues. - Les algues fixent davantage de carbone minéral en présence du cnidaire et rejettent davantage de carbone organique (photosynthèse accrue), matière utilisée par le cnidaire.
Certaines associations entre 2 individus d espèces différentes peuvent conduire à une modification de leur morphologie, de leur croissance, la production de nouvelles substances, de nouvelles structures Ces associations sont à bénéfices réciproques.
2. La transmission de comportements par l apprentissage Livre: pages 42 et 43.
Un animal sourd ou élevé seul a un chant très différent de l adulte, alors qu un animal élevé avec des congénères (dont un adulte) acquiert le chant de l adulte, ce qui montre l importance de l apprentissage dans l acquisition du chant chez le Pinson.
Selon les régions étudiées, les Pinsons ne possèdent pas le même chant. Les Pinsons proviennent pourtant tous de la même espèce. Il existe donc une diversité d origine non génétique chez le Pinson. Comme les Pinsons ayant un chant différent sont rejetés, cette diversité aura une incidence sur la descendance des différentes populations.
L arbre généalogique des langues européennes montre une diversité des langues et l existence de parenté entre ces différentes langues. Or le langage résulte d un apprentissage. Il s agit donc d une diversité d origine non génétique transmise de génération en génération au sein depopulations.
Chez les Vertébrés, on observe la transmission de comportements nouveaux (non codés génétiquement) d une génération à l autre, par voie culturelle, ce quiest source dediversité.
Diversification des êtres vivants (biodiversité) Avec modification du génome (ADN) Sans modification du génome Ajout d un génome entier (polyploïdisation) Ajout d un génome partiel (transferts horizontaux) Association d organismes (symbiose) Apprentissage de comportements Modification des gènes contrôlant l expression des gènes homéotiques