TP XX

SVT, Tale S, 2007-2008
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TP 03
Les mutations : polyallélisme et diversification de gènes (logiciel Anagène)
1.
Thème 2
Evolution
problème
1.1 : Rappeler le problème à résoudre.
2.
observation : le polyallélisme du gène de l’alpha-anti-trypsine
L’alpha-anti-trypsine (α-AT) est une protéine sécrétée par le foie. Elle est présente dans le plasma sanguin, et présente une
grande importance pour l’organisme : Sa fonction est d’inactiver une protéase (= enzyme hydrolysant un ou des protéines, en
l’occurrence l’élastase) libérée par les lymphocytes à leur mort. L’élastase hydrolyse l’élastine, protéine très abondante dans le
tissu pulmonaire. En l’absence d’α-AT, l’élastase détruit peu à peu les pneumocytes (= cellules pulmonaires), ce qui engendre
une maladie mortelle : l’emphysème pulmonaire.
On connaît au moins 75 allèles du gène de l’α-AT. [Remarque : on dit qu’un gène est polymorphe si au moins 2 de ses allèles
sont présents avec une fréquence supérieure à 1% dans une population Æ le gène de l’α-AT est donc polymorphe]
Le tableau ci-dessous présente huit allèles du gène de l’α-AT, en précisant à chaque fois le phénotype moléculaire ou
macroscopique observé chez un individu homozygote.
2.1 : A partir du document 1, montrer que des personnes peuvent présenter le même phénotype [sain] bien que possédant des
génotypes différents.
2.2 : Même question pour le phénotype [emphysème pulmonaire].
3.
l’origine du polyallélisme du gène de l’alpha-anti-trypsine [Anagène]
Ces huit allèles sont disponibles dans le logiciel Anagène. Dans la banque de séquence, ouvrir tous les allèles sauf M’1
(atm’1.cod). [Remarque : les fichiers .cod correspondent sous Anagène à des séquences d’ADN codant (certaines parties
du gène, qui ne codent pas pour la protéine, sont éliminées) ; .adn Æ séquences ADN ; .arn Æ séquences ARN ; .pro Æ
séquences polypeptidiques]
Sélectionner tous les allèles, puis les comparaison (question à se poser : quel type de comparaison effectuer ? une comparaison
simple, ou avec discontinuité ?).
Sélectionner à nouveau tous les allèles, puis les convertir en séquence peptidique (cocher : « placer le résultat dans la fenêtre
édition / affichage » pour pouvoir traiter ces nouvelles séquences). Comparer les séquences de protéines correspondant à ces
allèles.
3.1 : Compléter le tableau ci-dessous pour étudier les mutations distinguant ces allèles.
3.2 : Classer les mutations en fonction de leur gravité.
Séquences nucléotidiques
Nucléotides
Codons
mutés
changés
A l l è l
Allèle
M1
Séquences polypetidiques
Acides aminés changés
e
d
e
r
é
Type de mutation
f
é
r
e
n
M2
M3
S
Z
NULL1
NULL2
4.
relations entre polymorphisme du gène, polymorphisme des individus et environnement
4.1 : A partir du document 2, justifier qu’un même génotype peut conduire à des phénotypes différents.
4.2 : Proposer une hypothèse explication la constatation précédente.
4.3 : Proposer une explication pour la particularité du phénotype macroscopique du génotype (S/Z).
5.
origine de nouveaux gènes au cours de l’évolution [Anagène]
Longueur du
peptide en AA
c e
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Une bactérie Escherichia coli possède environ 3200 gènes, alors que le nombre de gènes est estimé à environ 30000 chez
l’Homme. Ce type de constatation laisse supposer que le dernier ancêtre commun à tous les organismes cellulaires possédait
peu de gène : Il y a donc eu augmentation du nombre de gènes au cours de l’évolution, dans certaines lignées.
Pour chercher à comprendre ce phénomène, on étudie trois gènes codant pour des hormones hypophysaires de fonctions très
différentes : LH, FSH et TSH. On rajoute à cette étude une hormone secrétée en début de grossesse par le placenta : l’HCG.
fonction
Chromosome portant le
hormone
gène (chaîne β)
Déclenchement de l’ovulation chez les femelles de mammifères ; stimulation de la
19
LH
fabrication de testostérone chez les mâles
Stimulation de la croissance des follicules ovariens chez les femelles de
mammifère ; activation de la fabrication des spermatozoïdes chez les
11
FSH
mâles
Stimulation de la synthèse d’hormones par la glande thyroïde
1
TSH
Stimulation du corps jaune (maintient de la grossesse)
19
HCG
Ces quatre hormones sont constituées de deux chaînes protéiques : une chaîne α (identique pour les quatre hormones) et une
chaîne β (spécifique de chaque hormone).
Ouvrir le thème d’étude suivant : familles multigéniques > gènes des hormones hypophysaires et
placentaires > gènes des hormones LH, FSH, TSH et HCG
Comparer les séquences nucléotidiques des chaînes β de ces quatre hormones. Puis comparer de même les séquences protéines
de ces quatre chaînes polypeptidiques.
5.1 : En utilisant les informations données par Anagène (icône ), dresser la matrice des différences entre ces quatre gènes,
puis la matrice des différences entre les autres protéines (chaînes β).
On considère qu’un taux de similitudes supérieur à 20% entre des séquences nucléotidiques révèle un lien de parenté étroit
entre les gènes. De plus, on observe que ces gènes ne sont pas tous présents chez tous les vertébrés : cf. document 3.
Document 1
5.2 : Après lecture de la figure page 67 du livre, proposer un scénario évolutif de l’apparition de la famille multigénique
constituée des gènes étudiés. Justifier le terme de « famille multigénique » employé ici.
Toutes combinaisons entre les allèles
M
Un allèle M et l’allèle S
Un allèle M et l’allèle Z
Un allèle M et un allèle NULL
S/S
S/Z
Z/Z
Z et un allèle NULL
Deux allèles NULL
Document
3
Document 2
Génotypes
[α-AT]plasmatique
(mg/dL)
150 à 350
120 à 250
90 à 210
80 à 170
90 à 200
50 à 120
15 à 50
10 à 80
0
Groupe de vertébrés
Agnathes (« poissons » sans machoires)
Poissons
Amphibiens
Mammifères
Phénotype macroscopique
Absence d’emphysème pulmonaire
Risque plus ou moins grand d’emphysème
pulmonaire
Emphysème pulmonaire
Hormones présentes
LH
LH, TSH
LH, FSH, TSH
LH, FSH, TSH, HCG