Thème 1-A-2 Diversification génétique et diversification des êtres

Thème 1-A-2 Diversification génétique et diversification des êtres vivants
Introduction
La grande diversité phénotypique des individus au sein d’une espèce s’explique en partie par les brassages
génétiques assurés par la reproduction sexuée. Mais L'association des mutations et du brassage génétique au
cours de la méiose et de la fécondation ne suffit pas à expliquer la totalité de la diversification génétique des
êtres vivants.
Existe-t-il d’autres mécanismes génétiques à l’origine de la diversification génétique des êtres vivants ? La
génétique permet-elle à elle seule d’expliquer la diversification du monde vivant ?
Nous verrons dans une première partie différents types de modifications génétiques sources de biodiversité,
puis nous aborderons la part de l’environnement et notamment de l’apprentissage dans l’évolution de la
diversification.
TP5 polyploïdisation, expression différentielle des gènes, symbiose, transfert transversal de gènes
I. Une diversification des êtres vivants qui résulte de modifications génétiques
A. Des combinaisons d’allèles différents (mutations / brassage génétique)
Cf chapitre précédent sur les brassages ayant lieu lors de lé méiose et de la fécondation
B. Des modifications caryotypiques (polyploïdisation, hybridation, …)
Evaluation orale groupe 1 :
Polyploïdisation : processus qui consiste à multiplier le nombre de chromosomes, soit lors d’erreurs pendant la
méiose (absence de cytokinèse par ex, = autopolyploïdisation), ou par hybridation d’espèces différentes
(allopolyploïdisation). L’hybridation conduisant souvent à des espèces stériles, elle est souvent suivie d’une
autopolyploïdisation.
Très fréquente chez les plantes (70% des Angiospermes ont eu au moins un évènement de polyploïdisation),
plus rare chez les animaux
Cas étudié : l’huître triploïde
Espèce non OGM, mais néanmoins créée en laboratoire (dans les années 1990 par l’Ifremer).
Modalités d’obtention: Initialement par traitement chimique, mais trop dangereux et pertes importantes. D’où
changement de processus: choc thermique pour obtenir des tétraploïdes, puis reproduction en écloserie entre
ovocytes haploïdes issus d’individus diploïdes et spermatozoïdes diploïdes (issus d’individus tétraploïdes).
Obtention de larves triploïdes, qui présentent une plus grande vitesse de croissance, de plus les adultes étant
stériles ne sont donc jamais laiteux, concentrent leur énergie à leur croissance et non à la production
(davantage de glycogène et possible amélioration de la valeur organoleptique).
Avantages des huîtres triploïdes: robustesse face aux virus, absence de laitance, propriétés organoleptiques
supérieures ?, vitesse de croissance augmentée, stérilité des huîtres triploïdes d’où absence de reproduction en
milieu naturel.
Inconvénients : dépendance des ostréiculteurs vis-à-vis des écloseries, brevetage possible des USA, risque de
dissémination des tétraploïdes non quantifié, absence de transparence pour le consommateur.
Bilan : polyploïdisation naturelle ou artificielle est source d’amplification de la biodiversité.
C. L’apparition de nouveaux gènes :
1°) duplication/mutations
Cf TP4 sur la duplication et ses conséquences, ainsi que sur les fusions de chromosomes
2°) transfert horizontal de gènes
Groupe 2 : le placenta une acquisition d’un virus !!!
Le transfert horizontal de gène, aussi appelé transfert latéral est un processus dans lequel un organisme
incorpore le matériel génétique d’un autre organisme avec lequel il n’a aucun lien familial direct (père ou
mère).
Les virus étant des parasites intracellulaires obligatoires, leur reproduction passe par l’introduction de leur
génome dans le noyau d’une cellule hôte. Ce génome peut alors être transmis aux générations suivantes à
condition de n’être pas létal pour l’individu.
Des études de séquençage de gènes viraux révèlent que la structure placentaire fut héritée d’un virus! Ainsi,
par transfert horizontal de gènes (transfert de gènes d’une espèce à une autre et non d’une génération à
l’autre), les êtres vivants se diversifient.
Transposons = gènes sauteurs : Barbara McClintock Prix Nobel en 1983
Déplacements spontanés de fragments d’ADN dans le génome : transposons ;40% à 50% dans le génome humain et 50%
dans celui du Maïs
LINE, SINE ; AluI chez l’Homme présent en 1 million d’exemplaires (10% de l’ADN !)
D. La modification de l’expression de certains gènes (gènes de développement)
Groupe 3 : les membracidés
S'agissant des gènes impliqués dans le développement, des formes vivantes très différentes peuvent résulter
de variations dans la chronologie et l'intensité d'expression de gènes communs, plus que d'une différence
génétique. On peut citer par exemple, la famille des Membracidés, insectes présentant un casque sur le 1 er
segment thoracique, qui n’est autre qu’une paire d’ailes modifiée. Cette structure originale trouve son
explication dans l’expression différentielle de gènes du développement (gènes homéotiques).
On peut également citer l’absence de pattes chez les vertébrés comme les serpents due également à une
expression différentielle de gènes du développement.
Transition : Une diversification des êtres vivants est aussi possible sans modification des génomes :
associations (dont symbioses) par exemple.
En outre, une diversification des êtres vivants n'est pas toujours liée à une diversification génétique.
II. Une diversification dont l’origine n’est pas une modification génétique
A. La symbiose (pouvant aller jusqu’au transfert horizontal de gènes)
Groupe 4 : la salamandre et l’algue verte
La symbiose est l’association de deux espèces différentes au bénéfice réciproque. Cette symbiose est bien
illustrée par les mycorhizes, association entre un champignon et les racines d’un végétal, ou encore par le
lichen ‘algue/champignon). La symbiose peut devenir endosymbiose dans le cas où une des deux espèces
(unicellulaires) est contenue dans l’autre.
Le bénéfice mutuel explique le maintien de cette association au cours du temps et sa transmission d’une
génération à l’autre. Elle participe à la diversification des êtres vivants sans entraîner de modification
génétique.
L’endosymbiose est évoquée pour expliquer l’apparition de la lignée verte, ensemble d’espèces présentant
dans leur cytoplasme des chloroplastes, organites à deux membranes et doués de métabolisme
photosynthétique.
B. La transmission de comportements nouveaux acquis
Groupe 5 : le chant du diamant, l’outil des chimpanzés!
Chez les vertébrés, le développement de comportements nouveaux, transmis d'une génération à l'autre par
voie non génétique, est aussi source de diversité : chants d'oiseaux, utilisation d'outils, etc.
Conclusion : Ces deux premiers chapitres ont donc permis d’appréhender les processus à l’origine de la
diversification des êtres vivants, tant au sein d’une même fratrie (étude des mécanismes et brassages liés à la
reproduction sexuée), au sein d’une même espèce (expression différentielle des gènes, apprentissage), entre
des espèces proches (hybridation suivie de polyploïdisation permettant le maintien d’une reproduction
sexuée), entre espèces très différentes (transfert de gènes horizontal par des virus, des bactéries, des
champignons, symbiose entre espèces très différentes mais complémentaires). Ces mécanismes génétiques et
environnementaux doivent être intégrés à grande échelle afin de comprendre l’évolution des espèces. Nous
allons aborder dans un troisième chapitre les mécanismes de l’évolution et donc la notion de spéciation.