DES MÉCANISMES DE DIVERSIFICATIONS DES ÊTRES VIVANTS

Thème 1 A :
La terre dans l'univers, la vie et l'évolution du vivant
Génétique et évolution
Chapitre 2 : DES MÉCANISMES DE DIVERSIFICATIONS DES ÊTRES VIVANTS
l’existence de mutations ainsi que le brassage génétique de la méiose et de la
fécondation de chaque génération explique en grande partie la diversité génétique
des êtres vivants. Cependant, d'autres mécanismes permettent d'expliquer la
diversité des êtres vivants, avec ou sans modifications des génomes.
1- La polyploïdisation
Une espèce polyploïde se caractérise par la possession de plus de deux
chromosomes homologues pour chacune des paires. Ceux ci peuvent avoir pour
origine la même espèce (auto-polyploïde) ou deux espèces différentes ( allopolyploïde).
Doc 1a p. 36 : caryotype d'un plant de paspalum quadriforium
Une auto-polyploïdie a pour origine un accident de la méiose où un gamète ne subit
pas la division réductionnelle. Les individus obtenus présente le plus souvent des
différences morphologiques et physiologiques avec leurs parents. La plupart des
fruits et légumes cultivés sont polyploïdes et bien plus grand que leurs ancêtres
sauvages
Document 1b p. 37
Caryotype de Brachypodium phoenicoïdes, B. distachyon et B. sylvaticus)
Brachypodium phoenicoïdes possède 2n = 28 chromosomes est issu de
l'hybridation de B. distachyon (2n = 10 chromosomes) et B. sylvaticus (2n = 18
chromosomes)
Doc. 1 p. 45 : Schéma explicatif des mécanismes d'une allopolyploïdie
Dans le cas d'une hybridation (fécondation entre deux espèces différentes), le
descendant possède un lot chromosomique de chaque parents qui ne
correspondent pas à des chromosomes homologues (Les paires ne peuvent pas se
former). Les hybrides sont donc le plus souvent stériles.
Après une réplication et la division méiotique, on obtient des gamètes ne
correspondant à aucune des deux espèces. Si un phénomène d'autofécondation se
produit, alors les embryons obtenus formeront alors une nouvelle espèce fertile.
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Fréquence de la
polyploïdie
Les événements de polyploïdisation sont fréquent dans le monde végétal (70 % des
espèces végétales sont polyploïdes) mais semblent plutôt rares dans le monde
animal.
2- Les transfert horizontaux de gènes
document 2b p.37 (algues et Z galactivorans)
document 2c p. 37 (fréquence de porphirase chez certaines populations humaines)
Les bactéries de la flore intestinale des japonais possèdent des séquences ADN
codant pour une enzyme capable de dégrader le porphyrane. Ce sucre est
caractéristique de la paroi d'algues très consommées dans la culture japonaise.
Les bactéries de la flore intestinale des autres individus appartenant à l'espèce
humaine ne possèdent pas ce gène, celui-ci n'est présent que chez des bactéries
marines consommées en même temps que les algues par les japonais.
Ce constat met en évidence l'existence de phénomène de transfert de gène entre
des espèces différentes : la bactérie marine (Z. galactivorans) et les bactéries de la
flore intestinale.
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Transfert par voie virale
Les transfert interspécifiques peuvent être direct comme dans l'exemple évoqué cidessus mais également se réaliser par le biais de vecteurs, essentiellement par les
virus.
Un virus est un organisme constitué de quelques gènes entouré par une
membrane, il est incapable de se dupliquer ou de traduire son propre gènotype.
Il infecte des cellules pour y incorporer son ADN. La cellule va alors dupliquer cet
ADN pour produire de nouveaux virus. De l'ADN de la cellule hôte peut alors être
entraîner accidentellement pour être ensuite incorporer dans le génotype du
prochain organisme infecté.
Exemple d'arbres contradictoires
Arbre de parenté construit par
comparaison de l'ARN 16s
Arbre de parenté construit par
comparaison de la lectine
Les lectines sont des protéines se fixant de manière spécifique et réversible sur des
glucides. La lectine II-AFP peut se fixer aux cristaux de glace en formation jouant
un rôle dans la protection contre le gel
De tels transfert horizontaux entre espèces différentes sont de plus en plus
invoqués en se basant sur des arbres de parenté contradictoires. La comparaison
de séquences ADN permet d'établir des arbres de parenté mais il arrive que selon
les séquences comparées, les arbres obtenus ne racontent pas la même histoire
Th 1A Chapitre 2 : des mécanismes de diversifications des êtres vivants
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évolutive. Ainsi, les similitudes génétiques s'expliquent par un héritage commun
transmis de génération en génération. Mais elles peuvent également provenir d'un
transfert horizontal de gène. Dans ce cas, la proximité ne traduit pas de filiation
entre les espèces.
3- Les gènes du développement et plans d'organisation
plan d'organisation des vertébrés
plan d'organisation d'un insecte
Les grands groupes d’êtres vivants (Vertébrés, Insectes…) montrent une disposition
constante des différents organes, disposition que l’on désigne sous le nom de plan
d’organisation. La mise en place de ce plan d’organisation durant le développement
embryonnaire suit des étapes qui se déroulent toujours dans le même ordre.
Mutant antenapedia
Certains gènes, appelés gènes homéotiques ont été identifiés par des mutations qui
modifient la morphologie de l’organisme. Ces gènes codent pour des protéines qui
possèdent une région appelée homéoboite (ou homéodomaine) permettant sa
fixation sur l'ADN et autorisant le contrôle de l’expression d’autres gènes.
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Exercice rôle des gènes homéotiques : pourquoi les serpents ont-ils des pattes ?
Le plan d'organisation est contrôlé par l'expression des gènes homéotiques. C'est
l'expression d'un ensemble précis de ces gènes dans une région donnée de
l'organisme qui détermine les organes qui s'y développent.
TP 4 gène homéotiques
Correction TP (en ligne sur le site du lycée)
Doc 1a p. 38
Histoire évolutive des gènes homéotiques
L'ensemble des gènes homéotiques
présente un taux d'identité supérieur à
40 % or on sait que cette valeur est
considérée comme le minimum traduisant
une parenté entre ces gènes. On peut
donc en conclure que les gènes
homéotiques forment une famille
multigénique issu d'un même gène
ancestral.
Rastop ADN - antenapedia
Il existe une très grande similarité entre les
protéines architectes d'espèces dont l'histoire
évolutive a divergé depuis longtemps. Ces
gènes homéotiques sont des gènes architectes,
les protéines se fixent sur l'ADN par un site de
fixation spécifique. On peut observer que les
acides aminés en contact avec l'ADN n'ont pas
varié, le site de fixation reste, à peu de choses
prés, le même chez des espèces très diverses :
l'abeille (insecte), la souris (mammifère), le
xénope (amphibiens).
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ces gènes présentent peu de différences, en particulier le site de fixation mais les
protéines correspondantes contrôlent la mise en place de plan d'organisation très
varié. Si ce n'est pas les gènes qui varient d'une espèce à l'autre, on peut alors
proposer comme hypothèse que c'est le temps d'expression et le lieu où ils sont
exprimés qui changent.
4- Gènes du développement et différences morphologiques
Doc 3 p. 39 : développement museau
Toutes les races de chiens présentent le même aspect du museau à la naissance.
Le développement est similaire mais varie, selon les races sur la durée et sur
l'intensité :
- le saint bernard à un rapide mais très intense (museau court et large)
- le huski a un développement plus long mais plus léger (museau long et fin)
Développement becs pinson
l'observation de la traduction d'un gène du
développement (Bmp4) montrent des
conditions d'expression différentes : Des
gènes du développement identiques
s'expriment sur des périodes plus ou moins
longues, leur traduction est plus ou moins
intense.
Ainsi, une très faible différence dans les
génotypes touchant les gènes régulant
l'expression des gènes du développement
(chronologie ou intensité) permet des
modifications radicale dans l'organisation, la
forme, … des êtres vivants.
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5- Des associations entre êtres vivants permettent une diversification sans
modification des génomes
Certains êtres vivants vivent en association durable et à bénéfice mutuelle, on parle
de symbiose. Les êtres vivants associés s'influencent mutuellement et peuvent
entraîner une modification de leurs phénotypes.
Document 1 p. 40/41
soja avec (champ normal) et sans mycorhize (champ stérile)
Tableau comparatif de croissance avec et sans nodule
les nodosités contiennent des bactéries du genre Rhizobium. La présence des
nodules s'accompagne d'une croissance plus importante et particulièrement d'une
absorption d'azote plus efficace.
Graphique transfert de saccharose marqué radio-activement des cellules racinaires
vers les bactéries
La mise à disposition de dioxyde de carbone marqué permet de suivre (après
photosynthèse, le devenir des sucres consommés par la plante. On remarque qu'il y
a transfert du saccharose émis par la plante vers les bactéries des nodosités. La
plante protège et nourrie les bactéries.
Dans les nodosités, celles-ci produisent une enzyme : la nitrogénase, qui
transforme l'azote atmosphérique en azote assimilable par la plante
Les associations entre bactéries et les racines des végétaux favorisent la
croissance des deux partenaires :
- l'apport de nitrates favorise la croissance de la plante,
- la bactérie bénéficie d'un apport de matière organique par la plante et d'une
protection
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Doc. 2 p. 43 : Exemple des cnidaires
Doc 2b p. 43 : Des coraux avec des zooxanthelles absorbent des sels minéraux
alors que des coraux sans associations avec une algues en rejettent
doc 2c p.43 : On peut mesurer l'activité photosynthétique des zooxanthelles en leur
mettant du dioxyde de carbone radioactif à disposition
On remarque que sans les coraux, leur activité photosynthétique est plus plus faible
qu'avec les coraux
On remarque qu'en présence de broyat de coraux, les zooxanthelles émettent des
sucres issus de la photosynthèse dans le milieu
Le corail fournit protection et sels minéraux, les algues fournissent des sucres.
Ainsi, sans modification des génomes, certaines associations entre deux êtres
vivants peuvent se traduire par la synthèse de nouvelles substances, la mise en
place de nouvelles structures ou encore la modification de comportements qui
n'existent pas individuellement chez chacune des deux espèces.
6- La transmission des comportements
Doc. 1b p. 42 : étude expérimentale des conditions d'apprentissage de la fauvette
Voir Article : apprentissage des comportements
Certains oiseaux, élevés sans adultes, présentent un chant déstructuré comportant
certains motifs caractéristiques de l'espèce mais mal associés. Ceci met en
évidence que c'est en imitant le chant de ses congénères qu'il s'élabore : c'est un
apprentissage.
Doc 2 p. 43 : analyse des dialectes du pinson des bois
Voir article : apprentissage des comportements
L’apprentissage du chant par l'écoute des congénères aboutit à l'apparition de
dialectes : les comportements sont une source de diversité.
Chez les animaux, certains comportements peuvent donc être qualifiés de culturels.
Ces comportements transmis dans des sociétés d'individus vivant en commun sont
transmis par apprentissage sans être déterminé génétiquement. Ceci a pu être mis
en évidence chez les singes, les oiseaux, les cétacés mais aussi chez les abeilles
et les bourdons.
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