TP 4 : Les innovations génétiques. Nous avons vu dans les classes

TP 4 : Les innovations génétiques.
Nous avons vu dans les classes précédentes que les gènes existent sous différentes versions encore appelées
allèles.
Pb : Comment expliquer le polymorphisme des gènes ?
I) Origine du polymorphisme : les mutations.
a. Exemple de la drépanocytose.
- Lancez le logiciel ANAGENE. (Logiciel flash, biologie, génétique ADN ARN prot)
- Cliquez sur « fichier », « banque de séquences ».
- Sélectionnez « chaines de l’Hémoglobine », « chaîne bêta »
- Sélectionnez « séquences normales » puis « betacod.adn » et « betavar.adn »
- Puis dans « séquences mutées », sélectionnez « drépanocytose » puis « drepcod.adn »
1° Comparez les deux séquences d’ADN en cliquant sur « fichier », « traiter », « comparer les séquences », et
choisissez « alignement avec discontinuité ». Qu’observez-vous ?
2° Comparez maintenant les séquences protéiques correspondantes en chargeant de la même façon les séquences
d’acides aminés « beta.pro » et « drep.pro ». Comment expliquez-vous les modifications observées ? (Utilisez le
tableau 4 p85 pour répondre ou cliquez sur l’icône AUG)
Concluez sur l’effet d’une mutation :
b. Exemple des groupes sanguins
Le gène « groupe sanguin » possède 3 allèles : A, B et O qui dirigent chacun la formation d’un type de
marqueur différent. Nous allons les comparer.
- Fermez les séquences précédentes.
- Sélectionnez « système ABO des groupes sanguins » et ouvrez les trois séquences a, b, o. (Vous pouvez sélectionnez
les trois en une fois en appuyant sur Ctrl, lorsque vous les sélectionnez.)
- Lancez la comparaison des trois séquences en utilisant la séquence A comme témoin avec « alignement avec
discontinuité »
- Sélectionnez les trois séquences d’ADN dans la première fenêtre et convertissez les séquences de nucléotide en
séquence protéique en cliquant sur « traiter » « convertir les séquences » puis « séquence peptidique »
- Réorganisez les trois fenêtres pour que vous puissiez les voir en même temps.
3° Construisez un tableau montrant les modifications de la séquence nucléotidique et peptidique pour les trois
allèles. Vous indiquerez les modifications sous la forme suivante : exemple : A-> T en 203 Val ->Gln en 50
4° Comparez les séquences nucléotidiques complètes de A et O en interprétant les différences observées.
5° Quelles conséquences cela a-t-il au niveau de la protéine codée par ce gène et au niveau du phénotype cellulaire ?
Concluez : Comment de nouveaux allèles peuvent apparaître dans une population ?
A la maison lisez la double page 86/87
Transition : De nombreux gènes ont des séquences comparables.
Pb : Comment expliquer que des gènes différents possèdent des séquences remarquablement identiques ou
proches?
II) Polymorphisme et familles multigéniques : Etude des globines.
L’hémoglobine humaine est une hétéroprotéine constituée de 4 chaînes polypeptidiques identiques 2 à 2 :
les globines. Chez l’Homme, il existe 4 types principaux de globine. Ces différentes chaînes sont codées par des
gènes différents. Toutes les chaînes d’hémoglobine participent au transport du dioxygène et sont synthétisées dans
les mêmes cellules : les érythroblastes (cellules souches des globules rouges).
- Cliquez sur « fichier », « Thème d’étude » « famille multigénique » « gènes des globines »
- Comparez les séquences protéiques.
6° Qu’observez-vous ? Proposez une hypothèse pour expliquer votre observation.
7° Comparez les séquences nucléotidiques 2 à 2 (pourcentage d’identité) et complétez le tableau suivant : pour se
faire sélectionner deux des séquences et cliquer sur info, recommencez en sélectionnant d’autres séquences.

% identité
séquences
α
β
γ
δ
α
/
β
/
/
γ
/
/
/
δ
/
/
/
/
Utilisez les informations suivantes pour valider une des hypothèses :
« Il existe 20 acides aminés différents. Si les acides aminés étaient utilisés dans même proportions dans les
séquences protéiques, la probabilité d’avoir entre deux séquences non apparentées (hasard), le même acide
aminé à un site déterminé serait de 5%.
Or certains acides aminés sont plus fréquemment utilisés que d’autres, on considère que les ressemblances
n’indiquent une parenté qu’au-delà de 20% d’identité. »
8° On peut faire la même comparaison, avec les séquences protéiques, cependant les résultats seraient
différents, expliquez pourquoi la comparaison des séquences nucléotidiques est plus précise que la
comparaison de séquences d’acides aminés.
Bilan :
9° Construisez un schéma-bilan présentant le mode de formation d’une famille multigénique et de
nouveaux allèles. Vous ajouterez une légende expliquant les phénomènes qui sont mis en jeu. Vous y
ferez apparaître 1 gène, les phénomènes de duplication, transposition, mutation, les notions de famille
multigénique, divergence des duplicata des gènes.
A la maison :
10° A partir des résultats du tableau précédent, dessinez un arbre phylogénétique des globines humaines suggérant
des relations de filiation entre les différents gènes codant pour ces globines.
Le texte suivant renseigne sur les mécanismes à l’origine de cette famille multigénique.
« La myoglobine et l’hémoglobine sont des transporteurs de l’oxygène. La myoglobine est présente dans les
muscles, l’hémoglobine dans le sang. Les points de divergence de l’arbre (de la question précédente) indiquent les
moments où les gènes ancestraux ont été dupliqués, ce qui a donné naissance à une nouvelle lignée. La première
duplication s’est produite il y a environ 600 millions d’années, donnant un gène codant pour la myoglobine et le
gène ancestral des divers gènes de l’hémoglobine. Il y a 400 millions d’années environ, le gène de l’hémoglobine a
été dupliqué, l’un menant au gène alpha actuel et l’autre a été dupliqué une nouvelle fois il y a 200 millions d’années
environ pour donner naissance aux gènes gamma et bêta. Ce gène B a été dupliqué encore une fois il y a environ 40
millions d’années dans la lignée ancestrale des primates supérieurs menant à un nouveau gène codant pour la
chaîne D de l’hémoglobine. Les hémoglobines bêta, gamma et delta sont codées par des gènes situés sur le
chromosome 11 et l’hémoglobine alpha par un gène situé sur le chromosome 16.»
Modifié d’après F.J. Ayala « Biologie moléculaire et évolution » Ed. Masson
11°A partir des informations du texte, complétez l’arbre phylogénétique que vous avez tracé en y ajoutant :
- la myoglobine
- les dates citées dans le texte
- le gène ancestral
- les mécanismes à l’origine de cette famille multigénique (duplication, transposition = modification
de l’emplacement d’un gène dans le génome)