TP 7 Stabilité, variabilité du génome et évolution PROPAGATION

TP 7 Stabilité, variabilité du génome et évolution PROPAGATION DES INNOVATIONS GENETIQUES
Partie 1 - Innovation génétique et sélection naturelle
Le cas de la phalène du bouleau en Angleterre au XXe siècle
La Phalène du bouleau, ou géo mètre du bouleau (Biston betularia) est un papillon de nuit d’environ 15 mm de long, qui passe ses journées immobile, les
ailes déployées sur les troncs d'arbres et les murs. Il existe deux phénotypes alternatifs : papillon blanc tacheté de noir (forme claire ou typica) et papillon
entièrement noir (forme mélanique ou carbonaria). Ces deux formes de papillon sont interfécondes.
Par des croisements contrôlés, le biologiste anglais Kettlewell et son équipe ont montré que la couleur du papillon est contrôlée par un gène, présentant deux allèles,
c+ et c. L’allèle c+, responsable de la couleur noir de la phalène est dominant alors que l’allèle c, responsable de la couleur blanche est récessif.
 Ecrire les génotypes possibles des deux phénotypes de phalène.
Jusqu'au XIXème siècle, la forme claire prédominait largement dans les populations britanniques de phalènes. Le premier spécimen mélanique fut isolé en 1848, à
Manchester, grande ville industrielle pour ensuite s’étendre dans différentes régions de la Grande Bretagne. On retrouve la répartition des phalènes en 1950 en
Grande bretagne.
 Décrire la répartition des deux phénotypes.
A partir de la fréquence des phénotypes typica et carbonaria, les généticiens ont calculé la fréquence des deux allèles dans la population de phalène de la région de
Manchester entre 1848 et 1948. Cette fréquence est le rapport, au sein d’une population, du nombre d’exemplaires de l’allèle considéré au nombre total
d’exemplaires des allèles pour ce gène.
Années
Fréquence
c+
c
1848
0,00
1
1858
0,00
1
1868
0,03
0,97
1878
0,45
0,55
1888
0,76
0,24
1898
0,86
0,14
1908
0,90
0,10
1918
0,92
0,08
1928
0,94
0,06
1938
0,96
0,04
1948
0,96
0,04
Tableau des variations de fréquence des allèles
dans les populations de phalène de la région de Manchester.
 Construire le graphe d’évolution de fréquence des allèles dans les populations de phalène de la région de Manchester en fonction du temps.
 Décrire l’évolution de la fréquence des allèles dans les populations de phalène de la région de Manchester.

 Expliquer pourquoi l’allèle c n’a pas complètement disparu.
Les industries polluantes (basées sur le charbon) ont entraîné la disparition des lichens de couleur blanche et le noircissement des troncs d’arbre.
 En utilisant le document les phalènes sur un tronc d’arbre, formuler une hypothèse pour expliquer l’évolution de fréquence des allèles dans les
populations de phalène de la région de Manchester
Pour vérifier l’hypothèse, des expériences se déroulent en parallèle dans une région industrielle (Birmingham) où la pollution fait apparaître l'écorce noire
des troncs d'arbres et dans une région rurale (la forêt de Dean End Wood) prédominent les troncs clairs, recouverts de lichens. On note dans un premier temps le
nombre d’individus des deux formes recapturé par piégeage lumineux dans ces deux régions. (Résultat 1)
Un grand nombre de papillons, marqués au ventre, est relâché dans la nature puis capturé quelques jours après. (Résultat 2)
Birmingham
Dean End Wood
Phénotype
Typica
Carbonaria
Typica
Carbonaria
Résultat 1
63
528
297
0
Résultat 2
Nombre lâché
64
154
496
473
Nombre recapturé
16
82
62
30
 Calculer le pourcentage de recapturé pour chaque phénotype dans les deux régions.
 Que peut-on déduire de ces résultats ?
 Donner une prévision du nombre (quantitatif) de descendants de chaque type de phalène en milieu pollué et en milieu non pollué.
Certains oiseaux insectivores, comme la mésange charbonnière, ont un habitat assez large en Angleterre et occupent aussi bien les espaces forestiers que les
milieux anthropisés (modifiés par l’Homme)
 Formuler une hypothèse pour expliquer les résultats 2.
Pour vérifier l’hypothèse formulée précédemment, Kettlewell et son équipe ont exposé à la prédation par les oiseaux le même nombre de papillons capturés
dans chaque cas et ils ont mesuré le nombre de papillons capturés dans chaque cas. (Résultat 3)
Birmingham
Dean End Wood
Phénotype
Typica
Carbonaria
Typica
Carbonaria
Résultat 3
Nombre de papillons
exposés aux oiseaux
58
58
190
190
Nombre de papillons
capturés par les
oiseaux
43
15
26
164
 En utilisant ces derniers résultats expérimentaux, expliquer l’évolution de fréquence des allèles dans les populations de phalène de la région de Manchester.

Depuis les années 60, l’utilisation du charbon a été abandonnée pour laisser place à des énergies moins polluantes. Il s’en est suivi d’une réapparition des
lichens dans les régions industrialisées comme celle de Manchester.
 En utilisant le logiciel http://www.ac-orleans-tours.fr/SVT/infossvt/form/Ts/ressources/darwin/selection.html et ses fonctionnalités :
- Modéliser l’évolution des fréquences alléliques au cours de la période écoulée
- Prévoir l’évolution de la fréquence des différents phénotypes dans la région de Manchester.
♫ Appeler le professeur pour vérification ♫
 A partir de l’article de Marc Ridley (document 5 p 111), montrer que l’évolution de la fréquence des deux allèles dans la région de Manchester résulte d’un
processus de sélection naturelle.
Partie 2 - Innovation génétique et décrive génétique
Le cas des populations insulaires méditerranéennes de Rat noir
Le rat noir a de grandes oreilles, un museau pointu, et de grands yeux ronds et brillants. Contrairement à ce que son nom laisse supposer, une grande
diversité de couleurs est possible, le plus souvent quand même gris-bleu à noir.
Dans quelques pays, on a observé des sous-espèces qu’on peut reconnaître aux différentes variétés de couleur comme le rat alexandrin avec dos brun-gris et
ventre jaune-blanc et le Rattus rattus frugivorus avec poil de ventre blanc. Ces sous-espèces sont largement interfécondes en condition de sympatrie (lorsque les
deux cohabitent au même endroit).
Dans les plus grandes des îles de Marseille cohabitent les deux formes. Certaines des petites îles ne sont peuplées que par l’une ou l’autre des deux variétés.
Bien que les densités soient fortes (environ 120 rats par hectare), la taille des populations est forcement limitée, et probablement issue dans chaque cas d’un très
petit nombre d’immigrants fondateurs. Cet effet fondateur a souvent été mis en avant pour justifier les variations de peuplements constatées. Une autre explication
peut tenir à la faible taille de la population.
On suppose que la couleur du ventre des rats est sous la dépendance d’un gène présent sous la forme de 2 allèles.
À l’aide du logiciel suivant : http://www.ac-orleans-tours.fr/SVT/infossvt/form/Ts/ressources/darwin/drift.html :
 Modéliser l’évolution des fréquences alléliques en fonction de la taille des populations, en partant d’une équirépartition des allèles dans une population
initiale de taille forcement faible.
♫ Appeler le professeur pour vérification ♫
 Faire plusieurs tests pour dégager des règles générales : dans quelles conditions est-il possible de prévoir l’évolution de la fréquence allélique de la
population au cours du temps ? Dans quel cas est-elle aléatoire ?