THEME 1A_ch2bis [Mode de compatibilité]

Ch 2: des mécanismes de
diversification des êtres vivants
INTRODUCTION:
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 des êtres vivants. Il
existe divers processus de diversification du vivant qui ne
sont pas toujours liés à une diversification génétique des
êtres vivants.
.
Problème : Quels sont les processus
impliqués dans la diversification des êtres
vivants ?
I- La diversification des génomes
1) l’apport complet d’un nouveau génome par
polyploïdie
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).
L’auto-polyploidie (
ou multiplication des
chromosomes d’une
même plante) par
réplication/accident
de méiose entraine
une modification du
génome dont
l’expression sera
différente.
L ’allopolyploïdie consiste à provoquer la polyploïdie pour rendre fertiles des hybrides
interspécifiques, afin de combiner les propriétés de différentes plantes. L’hybride hérite d’un lot
haploïde de chromosomes provenant de 2 espèces différentes. Les chromosomes n’étant pas
homologues, l’appariement et donc la méiose sont impossibles, ces hybrides sont stériles. Le
doublement des chromosomes, lors d’un accident de mitose suivant l’hybridation rend la méiose
possible et donc l’apparition d’une nouvelle espèce hybride fertile.
2) Les transferts « horizontaux» de gènes.
document 2b p.37 (algues et Z galactivorans)
document 2c p. 37 (fréquence de porphirase chez certaines populations humaines)
Les algues du genre Porphyra qui entrent dans la composition des sushis sont
facilement digérée par les japonais contrairement aux occidentaux. Ces algues
contiennent des glucides complexes : porphyranes, dégradables par des enzymes
porphyranases dont ne disposent pas les cellules humaines. Ces enzymes sont
présentes chez des bactéries marines dont zobellia galactanivorans, qui ne font pas
partie de la flore intestinale humaine
QCM: Les Japonais disposent d’enzymes porphyranases et digèrent
facilement les algues des sushis car :
A. ils ont récupéré un gène appartenant à l’algue
B. ils ont récupéré un gène appartenant à la bactérie Zobellia
C. ils hébergent des bactéries du genre Zobellia
D. ils hébergent des bactéries ayant récupéré le gène de bactéries
Zobellia
De nombreux Japonais possèdent, dans leur flore intestinale, des bactéries
contenant des séquences très similaires au gène de la porphyranase de
Zobellia galactanivorans. Or cette bactérie ne figure pas dans la flore
intestinale des Japonais. Ces gènes ne se retrouvent jamais dans d’autres
populations. Ces résultats suggèrent donc un transfert d’ADN de la bactérie
Z. galactanivorans vers les bactéries du tube digestif de nombreux Japonais
.
Les cellules peuvent également
intégrer de l’ADN libre dans le
milieu
•Les virus peuvent transférer de l’ADN d’un organisme vers un
autre (on utilise les virus comme vecteur de transfert en thérapie
génique).
Exemple : gène de l’apparition du placenta che les grands primates.
Pénétration du
virus MPMV
présentant de
grande
similitude avec
la syncitine
Pour se fixer, le virus possède une protéine
d’enveloppe (étoile jaune = Fv) capable de fixer
puis fusionner avec les récepteurs de la
cellules cible et de permettre sa pénétration
Structure spatiale de la protéine Fv
est quasi identique de la structure
spatiale de Fh; donc comparaison des
séquences de ces protéines
+ de 80% de similitude entre Fv et Fh.
La syncitine 1 est exprimée chez tous
les grands primates mais chez aucun
autre mammifère.
Le virus MPMV affecte
préférentiellement les Primates
Gène de la syncitine 1
( envHERVW)
incorporé sur le
chromosome 7 chez
l’Homme.
Il ya environ 50Ma , un
virion infecté les cellules
de la reproduction des
grands primates.
L’incorporation d’un rétrovirus dans le génome d’une
espèce résulte d’un transfert horizontal. En revanche
la transmission du provirus au cours des générations
successives d’une espèce, puis de celles qui en
dérivent, résulte d’un transfert vertical classique.
Cette étude sur la présence de gènes rétroviraux dans
le génome des mammifères révèle l'importance du
transfert horizontal dans les processus de
diversification du vivant.
- autres exemples de transferts.
Un arbre phylogénétique traduit les relations de parenté
entre des êtres vivants. Si l’on y fait figurer les
transferts horizontaux de gènes, l’arbre se transforme
en réseau phylogénétique.
Ce processus de diversification des génomes est difficile à quantifier. On estime
cependant que 10 % du génome humain serait de l’ADN viral.
II- des modifications de l’expression des génomes.
1) Plans d’organisation et gènes du développement
Bien que très éloignés phylogénétiquement, ces animaux partagent un plan
d’organisation assez semblable. Cette mise en place implique des familles
de gènes dits gènes homéotiques.
Les gènes homéotiques informent les cellules de leur position au cours de
l’embryogénèse et précisent leur positionnement vis-à-vis de l’axe DV ou A P
Certains gènes sont présents dans certaines
zones et pas d’autres; pourtant toutes les
cellules contiennent le même génome.
Certains gènes sont sous le contrôle de
protéines capables de les activer.
Donc un gène= une zone d’expression=
responsable de l’apparition d’un caractère
Des mutations dans les gènes homéotiques
Ces gènes homéotiques ont
été identifiés par des
mutations qui modifient
la morphologie de
l’organisme.
.
Un gène homéotique est, par définition, un gène
dont la mutation produit une homéose, c’est-à-dire
l’apparition d’un organe bien formé, mais à un
mauvais emplacement du corps.
Un gène homéotique est donc défini par rapport au
phénotype qu’il entraîne lorsqu’il est muté, et non
par sa séquence nucléotidique.
Les premières observations de phénotypes
homéotiques remontent à 1894, bien avant la
découverte des gènes et la définition du mot
phénotype !
Hervé Le Guyader, Professeur au Laboratoire de Biologie moléculaire et cellulaire du
Développement de l'Université Pierre et Marie Curie
Comparaison des séquences d’homéoboite: 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.
Certaines régions de ces
gènes sont très similaires :
ce sont les homéoboîtes qui
codent pour des parties de
la protéine se liant à l’ADN
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).
Les gènes homéotiques conservent une organisation
commune sur les chromosomes et leur position sur le
chromosome est corrélée à leur région d’expression
dans l’axe antéro-postérieur
*chez la souris, ces gènes existent en plusieurs
exemplaires.
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.
Les différences phénotypiques ne viennent donc
pas directement des différences entre les
génomes.
.
Les couleurs communes
indiquent que les gènes
sont issus d’un même
gène ancestral.
Ainsi, au cours de
l’évolution, des outils
communs sont
conservés même si leur
utilisation varie.
60% d’identité
80% d’identité
Il ya eu duplication du gène
ancestral et conservation
des copies; on parle bien
d’une famille multigénique.
2)
Gènes du développement et différences morphologiques
.
Des modifications de l’ordre d’expression ou du
territoire d’expression de ces gènes entraînent des
plans d’organisation différents.
Compétition entre gènes!
3) Gènes du développement et différences au sein d’une même
espèce.
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
Des modifications sur la durée ou l’intensité d’expression de ces
gènes entraînent des différences morphologiques.
•Document 3 p.39 : Le museau du Saint Bernard adulte ressemble
au museau des chiots du Colley indiquant un arrêt précoce de la
croissance du museau. Chez le Saint Bernard adulte, des caractères
juvéniles du Colley persistent.
•Document 1 page 78-79 : l’acquisition du phénotype propre à
l’homme et au chimpanzé s’effectue au cours du développement.
L’intensité et la durée d’expression de certains gènes du
développement explique les différences observées. Chez l’homme
adulte, des caractères juvéniles du Chimpanzé persistent (voir
chapitre 4).
III- Des diversifications sans modification du génome.
1) Des associations entre êtres vivants
Une association durable et à
bénéfice réciproques, on parle
de SYMBIOSE
Certaines associations entre deux êtres
vivants peuvent se traduire par la
synthèse de nouvelles substances, la
mise en place de nouvelles structures ou
des modifications de comportement qui
n’existent pas individuellement.
Par ces associations, de la diversité se manifeste sans pour
autant que les informations génétiques des partenaires ne
soient modifiées.
2) La transmission culturelle des comportement.
Doc. 1b p. 42 : étude
expérimentale des conditions
d'apprentissage de la fauvette
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.
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.