Thème 3

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TP-TD de Sciences de la Vie et de la Terre – Classe de seconde Enseignement commun

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N. COHEN

TP classe de seconde – LPO LOUIS ARMAND

TP n°

GENETIQUE ET EVOLUTION

Durée :

1 h

SVT

biologie

THEME 3 : LA TERRE DANS L’UNIVERS, LA VIE ET L’EVOLUTION DU VIVANT

Nom :

Prénom :

Date :

Introduction :

L’ADN est le support universel des gènes, il est à la base des êtres vivants et contient leur information génétique. Cet ADN

est stable aux courtes échelles de temps mais peut subir des variations. C’est cette variation des gènes et la dispersion des

différentes versions appelées allèles qui sont à l’origine de l’évolution. La grande variété des allèles des gènes au sein

même d’une espèce est appelée polymorphisme.

Problématique :

Comment mettre en évidence le polymorphisme des gènes ? Qu’est-ce que la dérive génétique ?

Objectifs :

Utiliser des logiciels de comparaison ou de simulation, analyser des documents, modéliser un mécanisme.

Matériel :

Ordinateur avec logiciels « Anagène » et « Évolution allélique », perles colorée, boîte, dé.

I. ÉTUDE DE LA REPARTITION DES ALLELES DES GROUPES SANGUINS : UN EXEMPLE DE POLYMORPHISME DES GENES.

 Lancez le logiciel Anagène, ouvrez les thèmes d’études en cliquant sur l’icône sui-

vante : . Sélectionnez « Polymorphisme des gènes » puis choisissez l’étude du po-

lymorphisme des groupes sanguin ABO. Validez en cliquant sur « OK ». Vous vous

retrouvez avec les séquences des trois allèles correspondant aux groupes sanguins.

Nous allons comparer ces séquences qui sont trois allèles du même gène, c’est-à-

dire trois versions différentes du gène unique codant pour le groupe sanguin.

 Cliquez sur chaque case en regard des trois allèles pour les sélectionner comme sur

l’image ci-contre : les trois cases doivent être cochées pour pouvoir procéder à la comparaison, peu

importe la position du triangle rouge dans les cases. Celui-ci sert juste à montrer la dernière case cochée

et permet de déplacer l’allèle au dessus ou en dessous des autres avec les flèches situées de part et

d’autres afin de choisir la séquence qui servira de référence : celle-ci sera toujours située au dessus des autres. Pour la

comparaison, nous utiliserons l’allèle A comme référence.

 Cliquez sur l’icône « comparer les séquences » ( ) ou dans l’option « traiter » « comparer les séquences ».

 Choisissez une comparaison simple, par défaut, puis validez. Le logiciel compare les nucléotides deux à deux pour chaque

allèle par rapport à la séquence de référence.

 Dans la nouvelle fenêtre apparue se trouvent les résultats de cette comparaison : chaque tiret (-) correspond à un

nucléotide identique et chaque nucléotide remplacé par un autre est précisé (A, T, G ou C).

 Cliquez maintenant sur la case « traitement » dans cette nouvelle fenêtre afin de sélectionner l’ensemble de la

comparaison, puis cliquez sur l’icône « informations sur la ligne pointée » ( ) et notez les différences entre chaque allèle.

1. Peut-on réellement parler de lien de parenté entre ces trois séquences sachant qu’on considère qu’il y a un lien

dès lors qu’on comparaison donne plus de 20 % de ressemblance (ou moins de 80 % de différences) ?

2. Quelle est l’origine, d’après vous, des différences constatées entre ces allèles ?

3. D’après vos connaissances, est-ce que l’un de ces allèles confère un handicap ou bien au contraire est-ce chacun

n’apporte ni handicap ni avantage dans les processus liés à la survie ou à la reproduction de l’espèce humaine ?

Document 1 : cartes de répartition des trois allèles A, B et O dans le monde.

4. Présentez puis analysez le document 1. Que peut-on en déduire ?

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II. ÉTUDE DE LA DERIVE GENETIQUE : MODELISATION, SIMULATION.

Nous cherchons maintenant à expliquer la répartition inégale de ces trois allèles dans le monde. Nous allons pour cela procéder à

une modélisation simple pour expliquer ce phénomène aléatoire de répartition des allèles appelé dérive génétique.

Modèle

Objectifs/Explications

Chaque groupe d'élève possède 6 sacs de perles de couleurs différentes et un dé.

Vous disposez de plusieurs lots de perles

colorées et d’un dé. Chaque perle corres-

pond à un groupe d’individus. Tous les

groupes d’individus appartiennent à la

même espèce mais diffèrent par leur

couleur (6 couleurs de perles sont utili-

sées). Chaque perle de couleur différente

représente un caractère particulier dans

la population.

Étape 1 :

Au départ, un élève lance un dé correspondant à la proportion d’allèle rouge dans la popula-

tion, un autre lance un dé pour l’allèle orange, puis un autre pour l’allèle jaune, un autre

pour marron, un pour blanc, un pour violet. Chaque couleur sera donc représentée par une

certaine proportion dans la population. Chaque groupe d’élève place les perles correspon-

dantes dans la boîte vide fournie. La population est alors identique (génération 1) au départ

pour chaque groupe d’élèves.

Créer une population de départ

La boîte commune représente une popu-

lation "modèle" avec différentes fré-

quences pour chaque caractère.

Remarque : cette étape doit être com-

mune à toute la classe si l'on souhaite

comparer les différentes évolutions pos-

sibles de cette même population "ini-

tiale".

Étape 2 :

Un élève de chaque groupe effectue

un tirage au sort de 6 perles de la

boîte (cela doit impérativement se

faire au hasard)

Sélectionner des géniteurs

Ces perles représenteront les individus de

la population qui auront une descen-

dance (considéré lié ici au hasard).

Étape 3 :

Pour chaque perle tirée, l'élève lance

le dé. Il placera alors dans la boîte

(préalablement vidée) autant de

perles de cette couleur que le chiffre

obtenu au dé.

Déterminer le nombre de descendants

Chaque lancé correspond au nombre de

descendants pour chaque individu et

donc caractère dans la future population.

Au cours des aléas de la vie chaque lignée

laisse plus ou moins de descendant. Ces

descendants sont les représentants du

caractère dans la population à la généra-

tion suivante.

Étape 4 :

Les étapes 2 et 3 sont reproduites : on tire au hasard à nouveau 6 perles dans la nouvelle

boîte,…

L'activité s'arrête lorsqu'il ne reste que des perles d'une seule couleur ou lorsque la dixième

génération est atteinte.

Important : remplissez le tableau de la page suivante pour chaque génération en ne vous

intéressant, dans un premier temps, qu’à la colonne correspondant à votre groupe !

Les résultats seront mis en commun à la fin de l’expérience.

Simuler la fixation d'un des caractères

Au bout de quelques générations une

seule couleur sera représentée. Ceci

montre qu'un lignage, par le jeu du ha-

sard, est susceptible d' "envahir" la popu-

lation en peu de générations.

Remarque : Pour cette activité, une cou-

leur est fixée en moyenne au bout de 6

générations.

…

Boîte

("Population")

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Groupe 1

Groupe 2

Groupe 3

Groupe 4

Groupe 5

Groupe 6

Groupe 7

Groupe 8

Génération 1

Rouge

Orange

Blanc

Violet

Marron

Jaune

Génération 2

Rouge

Orange

Blanc

Violet

Marron

Jaune

Génération 3

Rouge

Orange

Blanc

Violet

Marron

Jaune

Génération 4

Rouge

Orange

Blanc

Violet

Marron

Jaune

Génération 5

Rouge

Orange

Blanc

Violet

Marron

Jaune

Génération 6

Rouge

Orange

Blanc

Violet

Marron

Jaune

Génération 7

Rouge

Orange

Blanc

Violet

Marron

Jaune

Génération 8

Rouge

Orange

Blanc

Violet

Marron

Jaune

Génération 9

Rouge

Orange

Blanc

Violet

Marron

Jaune

Génération 10

Rouge

Orange

Blanc

Violet

Marron

Jaune

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5. Comment explique-t-on les différences constatées entre les groupes ?

6. Si on considère que les perles sont des individus et que leur couleur dépend d’un seul gène disponible sous plu-

sieurs allèles responsables du caractère jaune, rouge, orange, marron, violet et blanc (6 allèles au total) et qu’aucun

de ces caractères ne procure de désavantage pour la survie ou la reproduction, que représentent, à l’échelle du

globe, les 6 paillasses distinctes ayant effectué les tirages ?

7. En quoi cette expérience est-elle biaisée (un peu trop simpliste) par rapport à la réalité concernant la reproduc-

tion des individus entre eux, sachant qu’un individu peut posséder deux allèles par gène et que tous les individus

d’une même espèce sont interféconds ?

C’est pourquoi nous allons utiliser un logiciel de simulation : le logiciel « évolution allélique ». Ce logiciel permet de simuler plus

précisément le comportement des allèles au cours du temps et des générations successives au sein d’une espèce afin de com-

prendre, d’une part, le principe de la dérive génétique et, d’autre part, celui de l’évolution et de la sélection naturelle.

 Lancez le logiciel « évolution allélique ». Cliquez sur « basculer vers l’écran ‘’dérive génétique’’ ».

 Chaque groupe choisit les mêmes paramètres : deux allèles A et a avec une fréquence de 0,5 pour l’allèle A, un calcul basé

sur 100 générations et un effectif de population de 20.

 Lancez la simulation une dizaine de fois. Chaque courbe reste affichée en surimpression, la dernière reste en rouge.

8. Que peut-on en conclure ?

 Augmentez maintenant l’effectif de la population à 100 000 et conservez les autres paramètres tels quels.

 Lancez la simulation une dizaine de fois.

9. Que peut-on en conclure ?

 Basculez vers l’écran « sélection naturelle ».

 On s’intéresse maintenant à déterminer l’évolution des allèles en fonction de

l’avantage sélectif ou du désavantage qu’ils apportent à une population. Pour

cela, le logiciel nous donne la possibilité de donner une « valeur sélective » à

chaque combinaison d’allèles (appelée « génotype »). Étant donné que nous avons des paires de chromosomes, chaque

paire porte les mêmes gènes aux mêmes emplacements mais pas forcément sous la même forme allélique. Ainsi, pour le

couple d’allèles (A ; a), les génotypes peuvent être A//A, A//a ou a//a. Nous considérerons ici que seul le génotype a//a

provoque la mort des individus qui la porte (désavantage) et que les génotypes A//A et a//a permettent la survie. Entrez

les valeurs 1, 1 et 0 aux « valeurs sélectives » respectivement A//A, A//a et a//a. La valeur 1 correspond à une survie (ou

reproduction) de 100 % des porteurs et la valeur 0 à survie (ou reproduction) de 0%. Lancez ensuite la simulation.

10. Que peut-on en conclure ?

III. BILAN – ACTIVITE A TERMINER HORS SEANCE DE TP.

11. Rédigez un bilan de ce TP en précisant en quoi consiste la dérive génétique et en quoi la sélection naturelle

peut influer sur la survie et donc sur l’évolution des espèces.

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