Thème 3
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TP-TD de Sciences de la Vie et de la Terre – Classe de seconde 25 TP n° SVT biologie Enseignement commun GENETIQUE ET EVOLUTION Durée : 1h THEME 3 : LA TERRE DANS L’UNIVERS, LA VIE ET L’EVOLUTION DU VIVANT Nom : Prénom : Introduction : Problématique : Objectifs : Matériel : I. Date : 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. Comment mettre en évidence le polymorphisme des gènes ? Qu’est-ce que la dérive génétique ? Utiliser des logiciels de comparaison ou de simulation, analyser des documents, modéliser un mécanisme. Ordinateur avec logiciels « Anagène » et « Évolution allélique », perles colorée, boîte, dé. 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 suivante : . Sélectionnez « Polymorphisme des gènes » puis choisissez l’étude du polymorphisme 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-àdire 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 ? N. COHEN Page 1 TP classe de seconde – LPO LOUIS ARMAND TP-TD de Sciences de la Vie et de la Terre – Classe de seconde II. ÉTUDE DE LA DERIVE GENETIQUE : MODELISATION, SIMULATION. Enseignement commun 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 Chaque groupe d'élève possède 6 sacs de perles de couleurs différentes et un dé. Étape 1 : Au départ, un élève lance un dé correspondant à la proportion d’allèle rouge dans la population, 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 correspondantes dans la boîte vide fournie. La population est alors identique (génération 1) au départ pour chaque groupe d’élèves. … Objectifs/Explications Vous disposez de plusieurs lots de perles colorées et d’un dé. Chaque perle correspond 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 utilisées). Chaque perle de couleur différente représente un caractère particulier dans la population. Créer une population de départ La boîte commune représente une population "modèle" avec différentes fréquences pour chaque caractère. Remarque : cette étape doit être commune à toute la classe si l'on souhaite comparer les différentes évolutions possibles de cette même population "initiale". Boîte ("Population") 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) 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. 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 ! Sélectionner des géniteurs Ces perles représenteront les individus de la population qui auront une descendance (considéré lié ici au hasard). 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 génération suivante. 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 hasard, est susceptible d' "envahir" la population en peu de générations. Remarque : Pour cette activité, une couleur est fixée en moyenne au bout de 6 générations. Les résultats seront mis en commun à la fin de l’expérience. N. COHEN Page 2 TP classe de seconde – LPO LOUIS ARMAND TP-TD de Sciences de la Vie et de la Terre – Classe de seconde Génération 10 Génération 9 Génération 8 Génération 7 Génération 6 Génération 5 Génération 4 Génération 3 Génération 2 Génération 1 Groupe 1 Groupe 2 Groupe 3 Groupe 4 Enseignement commun Groupe 5 Groupe 6 Groupe 7 Groupe 8 Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Rouge Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Orange Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Blanc Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Violet Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Marron Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune N. COHEN Page 3 TP classe de seconde – LPO LOUIS ARMAND TP-TD de Sciences de la Vie et de la Terre – Classe de seconde Enseignement commun 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 plusieurs 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 reproduction 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 comprendre, 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. N. COHEN Page 4 TP classe de seconde – LPO LOUIS ARMAND
