Etude de l`origine du polymorphisme génique

Du génotype au phénotype : l’exemple des groupes sanguins ABO
Place dans la démarche explicative
Dans le cadre du thème « du génotype au phénotype » des programmes de 1°S, 1°L et 1°ES,
l’étude des allèles du gène ABO (codant pour l'enzyme qui catalyse la synthèse des
marqueurs responsables des groupes sanguin ABO) permet la construction de notions
diverses :
• un phénotype peut se décrire à différents niveaux
• les populations humaines sont génétiquement polymorphes
• un gène détermine un phénotype moléculaire
• plusieurs génotypes peuvent mener au même phénotype (relations de
dominance/récessivité entre allèles)
• plusieurs gènes peuvent contribuer à la réalisation d'un phénotype (chaîne de
synthèse)
L’identification du groupe sanguin par hémagglutination ancre l’activité dans une
observation préalable du réel. L’explication du principe de cette manipulation, une réaction
immunitaire, est hors contexte et peut être éludée.
Temps 1 : Identification du phénotype ABO
Les hématies humaines portent à leur surface des marqueurs membranaires antigéniques de
différents types qui déterminent le groupe sanguin. On distingue, pour le système ABO, 4
principaux groupes sanguins A, B, AB et O.
L’utilisation de sérum anti-A et anti-B va permettre de déterminer le phénotype ABO d’un
échantillon de sang …
Supports
- Plateaux de coloration
- Micropipette 10 µL, embouts
- Cure dents
- Echantillons de sang *
- Flacons de sérum anti-A et anti-B *
* la législation sur la manipulation de dérivés de sang humain (B.O. n°5 1993) recommande
l’utilisation de sérum test et d’hématie test obtenus auprès de fournisseurs spécialisés qui garantissent
leur innocuité. A défaut, des kits pédagogiques proposent sang et antisérum "simulés" …
Consigne
Réaliser une agglutination sur lame afin de déterminer le groupe ABO d’un échantillon de
sang.
Déposer 10 µL de sang dans 2 puits d’un plateau de coloration. Ajouter dans un puits 10µL de sérum
anti-A et dans l’autre 10 µL de sérum anti-B. Mélanger sang et sérum test avec un cure dents :
l’agglutination éventuelle des hématies est visible à l’oeil nu.
Résultats attendus
Un schéma des résultats des réactions d’agglutination.
Une détermination du groupe sanguin de l’échantillon testé.
Temps 2 : Caractérisation du phénotype moléculaire ABO
Les marqueurs membranaires à l’origine des groupes ABO sont constitués d’un assemblage
de molécules glucidiques. Chaque étape de cet assemblage est catalysé par une enzyme. Il
existe 2 types de marqueurs, A et B ; l’absence de marqueurs A ou B caractérise le groupe O.
Supports
- Schéma simplifié de la chaîne de synthèse des marqueurs A et B
-
Schéma simplifié de la structure moléculaire des marqueurs A et B
Consigne
Lister les marqueurs et les enzymes produits par les hématies d’individus A, B, O et AB.
Résultat attendu
Un tableau à 4 lignes (A, B, AB, O) et 3 colonnes (groupe, marqueurs, enzymes).
Temps 3 : Recherche des relations entre gène et phénotype
moléculaire ABO
L’enzyme catalysant la dernière étape de la synthèse des marqueurs A ou B (la glycosyl
transférase) est produite sous le contrôle d’un gène situé sur le chromosome 9 et qui présente
3 allèles, A, B ou O. Le logiciel ANAGENE permet la comparaison des séquences des allèles
et des polypeptides correspondants.
Supports
- Logiciel ANAGENE (CNDP : www.cndp.fr/svt/anagene/) ;
- Données moléculaires sur les allèles du gène de la glycosyl transférase, fournies avec le
logiciel.
- Fiche technique élève (facultative : dans le cas d’une première utilisation du logiciel par
les élèves) Voir le document
Consignes
Elaborer une stratégie de
comparaison des 3 allèles
Résultats attendus
Comparer les séquences nucléiques des 3 allèles
Traduire les 3 séquences nucléiques en séquences
peptidiques
Comparer les 3 séquences peptidiques
Mener toutes les analyses de
séquence nécessaires à la
comparaison des 3 allèles et de leurs
peptides: les résultats de cette étude
seront consignés dans un tableau
comparatif.
Travail sur logiciel : traduction et comparaison des
séquences correctement effectuées
Résultats ordonnés dans un tableau : taille et variations
des séquences précisément identifiées
Tableau de résultats Voir le document
Expliquer l’origine des différences L’allèle A étant pris comme référence …
observées entre polypeptides
Allèle B : mise en relation des substitutions de 4
(Comment les allèles A et B mènent à la nucléotides et de celles de 4 AA => mutations faux sens
synthèse de 2 types différents de marqueurs ? modifiant l’activité de l’enzyme
Comment l’allèle O ne mène pas à la
Allèle O : mise en relation de la délétion d’un nucléotide,
synthèse d’un marqueur A ou B? )
du décalage du cadre de lecture du gène, de l’apparition
d’un codon non-sens et de l’arrêt prématuré de la
traduction => mutation non sens produisant une enzyme
incomplète et inactive
Bilan
Consignes
- Schématiser sur une paire de chromosome 9, les couples d’allèle (génotypes) possibles à
l’origine des différents groupes sanguins ABO.
- Déterminer, pour chaque génotype, le phénotype correspondant en utilisant la notation
convenue.
exemple : pour un individu possédant 2 allèles A, le génotype est noté A//A et le
phénotype [A] ...
Résultats attendus
Une découverte des relations de dominance et récessivité entre allèles montrant la pluralité
des génotypes menant à un même phénotype.