Chaque groupe de travail s`appuiera sur l`étude d`un exemple parmi

Activité 1 : Diversification des êtres vivants - possibilité 1
Problème : Comment des mécanismes génétiques, autres que les mutations et le brassage génétique,
peuvent-ils permettre la diversification des génomes et mener à la formation de nouvelles espèces ?
Chaque groupe de travail s’appuiera sur l’étude d’un exemple parmi ceux proposés ci-après et proposera une
synthèse à présenter à la classe, répondant aux critères indiqués après les documents fournis.
Chez les végétaux, le pollen d’une espèce est fréquemment déposé sur le pistil d’une fleur d’une autre
espèce. On observe ainsi occasionnellement l’apparition de plantes hybrides qui, le plus souvent, sont stériles
et se maintiennent par reproduction asexuée. Elles sont issues de la fécondation des gamètes des deux
espèces différentes. Parfois cependant, chez quelques individus hybrides, une méiose anormale provoque un
doublement du nombre de chromosomes dans les cellules mères des gamètes : on parle de polyploïdisation. La
méiose devient alors possible et l’autofécondation (fréquente chez les végétaux dont les fleurs produisent à
la fois du pollen contenant les spermatozoïdes et portant un ovaire produisant des ovules) entre les gamètes
de l’hybride donne naissance à une nouvelle espèce polyploïde fertile.
Exemple 1 : Les spartines
Les spartines sont des plantes de la famille des Poacées se développant le plus souvent sur les vases salées du
littoral. Jusqu’au milieu du XIX
ème
siècle les vasières littorales des côtes de la baie de Southampton, au sud de
l’Angleterre, étaient peuplées de l’espèce Spartina maritima.
L’introduction par l’Homme d’une autre espèce de spartine, Spartina alterniflora, en provenance d’Amérique, fût
rapidement suivie par l’apparition, vers 1870, d’une nouvelle espèce hybride, Spartina townsendii, qui était stérile
(la méiose ne pouvait pas se dérouler) et pouvait se reproduire uniquement de façon asexuée (les nouveaux
individus se formaient à partir des tiges
souterraines
rampantes d’une plante
mère).
Vers 1880, on vit émerger une nouvelle
e s p è c e , Spartina anglica, i s s u e d e
Spartina townsendii, et qui cette fois, se
reproduisait de façon sexuée, par
l’intermédiaire de graines. Spartina
anglica s’est rapidement propagée sur les
côtes européennes et elle est aujourd’hui
introduite sur plusieurs continents.
Nombre de chromosomes des
différentes espèces de spartines :
→
À l’aide de l’ensemble de ces informations,réaliser un schéma de synthèse permettant d’expliquer les
mécanismes génétiques à l’origine de l’apparition des nouvelles espèces de spartines (préciser au passage pourquoi
certaines sont fertiles et d’autres stériles)
Chaque génération reçoit ses gènes de la précédente : deux parents les transmettent leurs gènes à leurs
enfants, il s’agit de "transfert vertical". Mais des gènes transitent parfois entre individus d’espèces
différentes : on parle de "transfert horizontal". Si les gènes transférés sont avantageux, les descendants
du receveur seront sélectionnés. Les mécanismes de ces transferts, mal connus, seraient accidentels, liés à
des virus (qui utilisent les cellules qu’ils infectent pour répliquer leur génome) ou à des fragments d’ADN
libérés hors de cellules blessées ou en cours de digestion par un prédateur.
Exemple 4 : Transfert et diversité génomique chez l’Homme
Les algues du genre Porphyra constituent un élément de base dans la conception
des makis, aliment très consommé par les Japonais (en moyenne, 14,2 g par jour)
et qu’ils parviennent à digérer facilement, contrairement aux Occidentaux.
Ces algues contiennent, dans leur paroi, des glucides complexes appelés
porphyranes, qui ne sont dégradés que par des enzymes appelées porphyranases. Ces molécules, absentes
dans les cellules humaines, sont présentes dans de nombreuses bactéries marines, notamment chez Zobellia
galactanivorans. Des gènes codant pour les porphyranases ont été recherchés dans les bactéries constituant
la flore intestinale d’individus japonais et nord-américains.
Dans cette étude, la bactérie Zobellia galactanivorans n’est jamais retrouvée dans la flore intestinale des
individus.
Résultat de la recherche de séquences similaires à la porphyranase de Zobellia galactanivorans dans la flore
intestinale de quelques individus
→
À l’aide de l’ensemble de ces informations,proposer une explication sous forme de schéma de synthèse à
la diversité phénotypique et donc génétique au sein de l’espèce humaine.
Activité 1 : Diversification des êtres vivants - possibilité 1
Problème : Comment des mécanismes génétiques, autres que les mutations et le brassage génétique,
peuvent-ils permettre la diversification des génomes et mener à la formation de nouvelles espèces ?
Chaque groupe de travail s’appuiera sur l’étude d’un exemple parmi ceux proposés ci-après et proposera une
synthèse à présenter à la classe, répondant aux critères indiqués après les documents fournis.
Chez les végétaux, le pollen d’une espèce est fréquemment déposé sur le pistil d’une fleur d’une autre
espèce. On observe ainsi occasionnellement l’apparition de plantes hybrides qui, le plus souvent, sont stériles
et se maintiennent par reproduction asexuée. Elles sont issues de la fécondation des gamètes des deux
espèces différentes. Parfois cependant, chez quelques individus hybrides, une méiose anormale provoque un
doublement du nombre de chromosomes dans les cellules mères des gamètes : on parle de polyploïdisation. La
méiose devient alors possible et l’autofécondation (fréquente chez les végétaux dont les fleurs produisent à
la fois du pollen contenant les spermatozoïdes et portant un ovaire produisant des ovules) entre les gamètes
de l’hybride donne naissance à une nouvelle espèce polyploïde fertile.
Exemple 2 : L’origine du blé cultivé
La domestication et la culture du blé (blé tendre
et blé dur) a été un élément fondateur des
premières civilisations humaines dans le croissant
fertile. En plus de son intérêt comme une des
principales céréales apportant l’énergie dans
l’alimentation, le blé est aussi "la première source
de protéines dans le s pays en v oi e de
développement".
Le blé tendre (Triticum aestivum) est hexaploïde :
il est issu de deux événements de polyploïdisation
relativement récents entre trois espèces diploïdes bien identifiées. Le premier événement,
impliquant Triticum monococcum et Aegilops speltoides, a eu lieu il y a environ 500 000 ans et a conduit à
l’apparition du blé dur ( Triticum durum). Le deuxième événement de polyploïdisation a eu lieu il y a environ
9 000 ans entre l’ancêtre du blé dur (tétraploïde) et un troisième diploïde ( Triticum tauschii).
Nombre de chromosomes des différentes espèces de Poacées :
→
À l’aide de l’ensemble de ces informations,réaliser un schéma de synthèse permettant d’expliquer les
mécanismes génétiques à l’origine de l’apparition du blé dur et du blé tendre.
Chaque génération reçoit ses gènes de la précédente : deux parents les transmettent leurs gènes à leurs
enfants, il s’agit de "transfert vertical". Mais des gènes transitent parfois entre individus d’espèces
différentes : on parle de "transfert horizontal". Si les gènes transférés sont avantageux, les descendants
du receveur seront sélectionnés. Les mécanismes de ces transferts, mal connus, seraient accidentels, liés à
des virus (qui utilisent les cellules qu’ils infectent pour répliquer leur génome) ou à des fragments d’ADN
libérés hors de cellules blessées ou en cours de digestion par un prédateur.
Exemple 6 : Pour digérer le café, un insecte a volé le gène d'une bactérie
Extrait de Futura-Sciences, article du 2 Mars 2012
Il a fallu l'aide d'une bactérie pour que le scolyte du café, un
insecte ravageur, soit adapté à son hôte. Grâce à un transfert
horizontal, sorte de raccourci évolutif, un de la bactérie a été
transmis au génome de l'insecte. Un phénomène rare chez les
eucaryotes .
Les scolytes sont des insectes ravageurs appartenant à l'ordre
des coléoptères, un groupe prolifique dont les membres se
reconnaissent aux élytres, première paire d'ailes transformée en carapace.
Jamais le scolyte du café ne serait parvenu à conquérir son hôte seul. Ce scarabée est spécialisé dans les grains
de café dont il parvient à en extraire le sucre. Il doit cette aptitude à un gène qui lui a été donné par une
bactérie. On appelle cela un transfert horizontal et chez les eucaryotes, c’est plutôt rare.
Ce scolyte (Hypothenemus hampei) se nourrit exclusivement du polyoside galactomannane, une fibre présente en
grande quantité dans l'albumen (réserves nutritives) des graines de café. C’est d’ailleurs le ravageur le plus
important concernant les plantations de café. Une niche écologique qu’il lui a été possible de conquérir grâce à la
possession d’une enzyme , la mannanase, qui permet la lyse de cette fibre.
Or aucun des ancêtres ou cousins de ce coléoptère ne possède le gène HhMAN1 qui code pour cette protéine. En
revanche, les chercheurs de Cenicafé et de l'université de Cornell ont retrouvé une séquence très similaire dans
le génome d’une bactérie. Une seule solution : le gène est passé du génome de la bactérie à celui du scolyte lors
d’un transfert horizontal.
Les chercheurs ignorent comment un tel transfert a pu se produire. Ils ont cependant remarqué que le gène en
question est entouré, dans le génome de la bactérie, par deux
transposons. Les
transposons sont des séquences ADN capables
de se déplacer au sein d’un génome. Les chercheurs supposent que
le détachement synchronisé des deux transposons autour de
HhMAN1 aurait pu provoquer le déplacement de ce gène mais cela
n’explique pas le passage d’un organisme à l’autre.
Le transfert horizontal est un phénomène encore méconnu et peu
compris. Pour chacun des cas observés, il confère à l’organisme
acquéreur une fonction importante pour son développement ou son
adaptation à une nouvelle niche écologique et apparaît ainsi comme un phénomène essentiel du processus
d’évolution des être vivants.
→
À l’aide de l’ensemble de ces informations, proposer un schéma de synthèse expliquant la différence
entre transfert horizontal et vertical de gènes et en quoi l’exemple proposé montre un mécanisme
permettant d’enrichir la diversité génomique des espèces