Chapitre 2

Thème 1A:
GÉNÉTIQUE ET
ÉVOLUTION
Chapitre 2
Introduction
Chapitre 2 :
LES MECANISMES DE LA
DIVERSIFICATION DES ETRES VIVANTS
La biodiversité à ses différentes échelles
(génétique,
espèce,
écosystème)
est
considérable à la surface de notre planète.
Le brassage génétique et les mutations ne
suffisent pas à expliquer à eux seuls cette
grande diversité des êtres vivants.
Problématique
Quels autres mécanismes permettent de modifier les
génomes ? Comment créer de la diversité avec une
même information génétique ?
I.
D’AUTRES MÉCANISMES DE DIVERSIFICATION DES
GÉNOMES
Hypothèses ?
Hypothèses ?
Problématique
Quels autres mécanismes permettent de modifier les
génomes ? Comment créer de la diversité avec une
même information génétique ?
I.
D’AUTRES MÉCANISMES DE DIVERSIFICATION DES
GÉNOMES
1. Des variations dans l’expression des génomes :
chronologie, durée et intensité
TP4: activité 1.
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant
Etape 1 :
Tout se passe comme si la seule différence dans le museau des Canidés était la
durée de croissance du museau.
Hypothèse: ce sont des différences dans la durée ou l’intensité de
l’expression des gènes impliqués dans le développement qui seraient à
l’origine de la diversité des museaux des Canidés.
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant
Etape 2 :
Des mutations du gène Hox D13 chez l’homme a pour conséquence directe
la modification de la morphologie de l’ossature des doigts. Ce qui amène à
dire que ces gènes sont impliqués dans la mise en place des doigts chez les
mammifères.
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant
Etape 2 :
Homologie remarquable des gènes
homéotiques chez un grand nombre
d’espèces animales : les séquences
codantes sont très voisines. Cette
homologie indique une origine
commune.
100%
99,1%
100%
95,3%
95,3%
100%
85,4%
84,7%
84,1%
100%
43,4%
43,4%
41,4%
43,8%
100%
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant
Etape 2 :
La chronologie et la région du bourgeon de l’expression du gène Hox D13
ne sont pas les mêmes chez le poisson-zèbre et chez la souris. Il s’exprime
uniquement dans la partie basse du bourgeon chez le poisson-zèbre,
alors qu’il s’exprime dans la partie basse puis vers l’avant chez la souris.
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant
Etape 2 :
L’intensité de l’expression du gène Bmp4 est plus élevée chez les pinsons
à gros bec après 25h de développement. Après 29h de développement,
l’intensité de l’expression du gène Bmp4 est plus localisée et plus intense
chez ces mêmes pinsons.
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant
Etape 3 :
Espèce ancestrale portant une structure X (exemples : museau
……………………… ou
bec
main
………………………….. ou ……………………………) dont la mise en place est gouvernée par
des
gènes du développement
…………………………………………………………..
Espèce A avec une structure Y :
Museau court
…………………………………………..…
nageoire
ou …………………………………………
Bec moyen
ou …………………………………………
Modification :
lieu
du …………………………………………
chronologie
de la ……………………………………..
Intensité
de la durée
de l’……………………ou
………………….
de l’expression des gènes du développement .
Espèce B avec une structure Z :
Museau long
…………………………………………..…
5 doigts
ou …………………………………………
Gros bec
ou …………………………………………
Tous les animaux possèdent des gènes qui
s’expriment au moment du développement
embryonnaire et qui sont responsables de la mise
en place du plan d’organisation de l’individu.
Ces gènes du développement (gènes
homéotiques*) présentant de grandes similitudes
dans
leurs
séquences,
les
différences
morphologiques entre espèces proches résultent de
variations dans la chronologie, la durée et
l’intensité d’expression de ces gènes du
développement.
Ce sont les séquences d’ADN régulant ces
gènes qui sont distinctes d’une espèce à l’autre.
2. Les transferts de gènes horizontaux
TP4: activité 2.
La conjugaison: un exemple de transfert de l’ADN chez
les bactéries
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant
Etape 1 : Un être vivant peut être
génétiquement modifié en intégrant de
l’ADN viral dans ses chromosomes.
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant
Etape 2 : la syncytine
La syncytine est une substance
qui provoque la fusion des
cellules.
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant
Etape 2 : l’origine virale de la syncytine
%
similitude
Env
virale
Sincytine 1
Homme
Sincytine 1
Chimp
Sincytine 1
Gorille
Sincytine 1
Orang-O
Sincytine 1
Gibbon
Sincytine 1
Babouin
Env
virale
100%
87,9%
88,1%
88,8%
87,2%
87%
24,9%
100%
98,0%
97,2%
95,7%
94,6%
28,1%
100%
97,8%
96,1%
95,2%
27,9%
100%
96,1%
95,2%
27,9%
100%
95,2%
27,5%
100%
27,7%
Sincytine 1
Homme
Sincytine 1
Chimp
Sincytine 1
Gorille
Sincytine 1
Orang-O
Sincytine 1
Gibbon
Sincytine 1
Babouin
100%
Le gène codant la syncytine chez les Primates a pour origine le gène env d’un
rétrovirus MSRV. Le transfert de ce gène à un l’ancêtre du babouin date de 30Ma.
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant
Etape 3 :
Espèce A :
Transfert de matériel
génétique du virus à
l’espèce A
Espèce A
Espèce A avec gène viral
Espèce B : virus
Un transfert génétique est dit horizontal
quand l’individu bénéficie d’un apport de matériel
génétique provenant d’un autre organisme, sans
en être le descendant.
Cela peut se produire entre espèces
différentes, par exemple lorsqu’un virus intègre son
génome dans l’ADN de la cellule-cible d’un individu
lors d’une infection (transduction), ce qui peut
conduire à la fabrication de protéines jouant un
rôle physiologique important. Il faut bien sûr que
les cellules germinales soient concernées pour que
la modification du génome soit transmise.
(Jusqu’à 8% de génome viral dans notre ADN !)
3. Les associations de génomes: la polyploïdisation
TP4: activité 3.
*Polyploïdisation: phénomène de multiplication du
nombre de chromosomes (n2n3n4n…).
*Hybridation: croisement entre 2 organismes
d’espèces différentes.
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant
Etape 1 : hybridation entre 2 espèces
B. distachyon (10) + B. sylvaticum (18) = B. phœnicoides (28 chrom) .
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant
Etape 2 : Etude du cas « Raphanobrassica »
C’est le doublement du nombre de chromosomes (polyploïdisation) qui a
donné naissance à une nouvelle espèce (4n=36).
TP4: Les mécanismes de diversification du vivant
Etape 3 :
Espèce B
(2n = 4)
Espèce A
(2n = 6)
Fécondation
des gamètes
haploïdes
Hybride AB
stérile
(3 + 2 = 5 = n)
Polyploïdisation
Espèce A
(2n=6)
Mitose anormale
 Doublement des
chromosomes
Espèce C : hybride polyploïde fertile
(2n = 5+5=10)
Espèce B
(2n=4)
L’hybridation* entre 2 espèces différentes mais
proches produit un descendant qui reçoit de ses parents
2 lots haploïdes de chromosomes non homologues. Il
est par conséquent stérile car la méiose ne peut avoir
lieu sans chromosomes homologues.
Si une mitose anormale (sans division cellulaire
après l’anaphase) a lieu après l’hybridation, le
doublement accidentel des chromosomes produit un
polyploïde* qui possède un génome nouveau et
exprime des caractères nouveaux: c’est la naissance
d’une nouvelle espèce fertile.
La quasi-totalité des espèces végétales ont
connu au moins un événement de polyploïdisation au
cours de leur évolution.
Alloploïdisation
(hybridation de 2 espèces végétales ≠tes)
Mitose anormale des cellules
germinales: duplication des
chromosomes sans division
cellulaire
x2
Possible que chez
les végétaux
Autoploïdisation (dans une même espèce)
(non séparation
des homologues)
Exemple 1
Méiose I
anormale
Gamète
normal
Gamète
anormal
fécondation
Diploïde
(2n)
Exemple 2
Méiose I
normale
Triploïde
(3n)
Remarque:
L’autofécondation
entre 2 gamètes
anormaux conduit
à un tétraploïde
(4n)
II. LA DIVERSIFICATION SANS MODIFICATION DES
GÉNOMES
1. Les symbioses*
Livre: pages 40 et 41.
*Symbiose: association durable et avantageuse
pour les 2 organismes impliqués.
Modification des phénotypes:
-
Plante: nodosités sur les racines; meilleure croissance (masse sèche
supérieure); plus riche en azote produit par les bactéries.
Bactéries: produisent nitrogénase, une enzyme qui transforme l’azote
atmosphérique en ions utilisables par la plante, uniquement lorsqu’elles
s’associent à une plante. Elles consomment le saccharose présent dans
les racines, donc produit par la plante.
Modification des métabolismes:
-
En présence de zooxanthelles, les cnidaires absorbent davantage d’ions
qu’ils n’en rejettent, ce qui profite aux algues.
Les algues fixent davantage de carbone minéral en présence du cnidaire
et rejettent davantage de carbone organique (photosynthèse accrue),
matière utilisée par le cnidaire.
Certaines associations entre 2 individus
d’espèces différentes peuvent conduire à une
modification de leur morphologie, de leur
croissance, la production de nouvelles substances,
de nouvelles structures …
Ces
associations
sont
à
bénéfices
réciproques.
2. La transmission de comportements par
l’apprentissage
Livre: pages 42 et 43.
Un animal sourd ou élevé seul a un
chant très différent de l’adulte, alors
qu’un animal élevé avec des
congénères (dont un adulte) acquiert
le chant de l’adulte, ce qui montre
l’importance de l’apprentissage dans
l’acquisition du chant chez le Pinson.
Selon les régions étudiées, les Pinsons ne possèdent pas le
même chant. Les Pinsons proviennent pourtant tous de la même
espèce. Il existe donc une diversité d’origine non génétique chez
le Pinson. Comme les Pinsons ayant un chant différent sont
rejetés, cette diversité aura une incidence sur la descendance
des différentes populations.
L’arbre généalogique des langues européennes montre une
diversité des langues et l’existence de parenté entre ces
différentes langues. Or le langage résulte d’un apprentissage. Il
s’agit donc d’une diversité d’origine non génétique transmise de
génération en génération au sein de populations.
Chez les Vertébrés, on observe la
transmission de comportements nouveaux (non
codés génétiquement) d’une génération à l’autre,
par voie culturelle, ce qui est source de diversité.
Diversification des êtres vivants (biodiversité)
Avec modification
du génome (ADN)
Ajout d’un
génome entier
(polyploïdisation)
Ajout d’un
génome partiel
(transferts
horizontaux)
Modification des gènes
contrôlant l’expression
des gènes
homéotiques
Sans modification
du génome
Association
d’organismes
(symbiose)
Apprentissage
de
comportements