Thème 1A : Génétique et évolution Chapitre 1 : Les mécanismes de
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Thème 1A : Génétique et évolution Chapitre 1 : Les mécanismes de la diversification génétique des êtres vivants Introduction : le problème biologique. Comparaison d’un cycle parthénogénétique (phasmes) et d’un cycle biparental (photo p 13 : cochons noirs du Limousin+ PPT): observation des descendances relation biparentalité et polymorphisme. PB : Comment la transmission des gènes de deux parents différents permet-elle une diversification de leur descendance ? Comment l’union de 2 cellules d’origine parentale est-elle compatible avec le maintien du caryotype de l’espèce ? Rappels : Caryotype : exemple Homme, ADN, chromosomes, gènes, allèles, expression des gènes et relation avec les phénotypes. (exemple du bronzage) I/ La méiose et ses conséquences génétiques PB1 de la régulation du nombre de chromosomes A/ Le maintien du caryotype lors de la formation des gamètes PB génétique : maintien du caryotype. Discussion, hypothèses : nécessité d’une régulation du nombre soit avant, soit après la fécondation 2 hypothèses Comment vérifier les hypothèses ? observer la formation des gamètes, les divisions de l’œuf, dénombrer les chromosomes. Caryotype cellule somatique p 14 doc1, spermatocyte 2 p 14 doc2 : choix d’une hypothèse recevable. Film méiose : validation d’une hypothèse. TP : Observations microscopiques de lames d’anthères de Lys repérage des étapes de la méiose Pb du maintien de la quantité d’ADN : hypothèses… : la quantité d’ADN double avant la méiose TP : utilisation d’un tableur (excel) pour réaliser le graphe de la quantité d’ADN en fonction du temps validation d’une hypothèse (doublement de la quantité d’ADN avant la division, une seule réplication pour 2 divisions). Mise en relation avec la réplication et le nombre + l’état des chromosomes. Conclusions + position de la méiose sur le cycle biparental. B/ La méiose à l’ origine de la diversité génétique des gamètes 1/ Exemple de monohybridisme : p 20 : souris grises et albinos. Notion de souches pures, phénotype et génotype des P, F1 : notion de dominance 2 génotypes possibles pour le phénotype dominant : Comme P ou F1. Intérêt du test cross. Croisement F1xF1 = F2 : envisager les résultats et les proportions théoriques des phénotypes (3/4 1/4). Technique de l’échiquier de croisement 2/ 1er Exemple de dihybridisme…(à gènes indépendants) : Exemple des gènes vg et eb chez la Drosophile. Observation des phénotypes. Exploitation d’un testcross de F1: déduire le génotype du F1 et expliquer les proportions (1/4 , 1/4 , 1/4 , 1/4 ) Travail maison : Envisager le croisement f1xf1, réaliser l’échiquier de croisement. TP : Etapes de l’ECE et application à l’exemple : réalisation de lames de testicules de criquet et mise en évidence de figures de méioses au microscope. Utilisation de l’objectif à immersion. Recherche de figures de méiose et de spermatozoïdes. Notation des génotypes dans le cas d’un dihybridisme, relation entre l’écriture et la localisation des gènes. Prévisibilité des résultats de testcross suivant le cas. 3/ 2ème Exemple de dihybridisme…. (à gènes liés) Exemple vg-br chez la drosophile (p22) Explication des résultats du testcross vg-br , gènes liés , crossing-over, brassage intra-chromosomique Conclusion : double brassage des allèles parentaux. C/ La fécondation : réalisation de zygotes uniques et originaux Exploitation d’un petit film :mécanismes et conséquences génétiques. (activité type II1 à partir d’une vidéo) Conséquences génétiques de la caryogamie, relations entre les allèles : exemple des souris p 25. Démonstration que les résultats étaient prévisibles. Lecture doc 3 ( diversité des gamètes). TP : utilisation de « mesurim » pour dénombrer les phénotypes d’un testcross II/ Diversification génétique et diversification des êtres vivants A/ Des accidents sources de diversité Mutations : exemple des groupes sanguins : utilisation d’Anagène (comparaison d’allèles, mise en évidence et caractérisation des mutations) Mauvaise répartition des chromosomes lors de la méiose p26 : exploitation de caryotypes anormaux : klinefelter, Turner, Trisomie 21. Crossing-over inégaux et duplication de gènes : exemple de l’Hb p27 Point sur : mutations et C.O. inégaux, cas des transpositions de gènes, méioses anormales et conséquences. Hybridation et polyploïdisation naturelles : la Spartine, Intérêt dans l’évolution B/ L’exploitation par l’homme des mécanismes de modification des génomes. (TP ateliers + exposés) (Relation avec chapitre « la plante domestiquée). 1. Sélection et polyploïdisation p262 : blé (docs + vidéo) La sélection par l’homme variétés génétiquement diverses participe aussi à la biodiversité 2. Autofécondations et hybridations : maïs p265 : technique de l’autofécondation pour augmenter l’homozygotie lignées pures en une dizaine de générations pour les caractères choisis. Inconvénients. 3. Les mécanismes naturels de modification des génomes : Transferts horizontaux de gènes : (relations avec l’évolution) p43 Travail sur feuille : préparation à l’exercice de bac II2 Bilans : Hybridation et polyploïdisation naturelles : exemple de la Spartine p40 Intérêt dans l’évolution modification de génomes sans mutations, transmission à la descendance, formation de nouvelles espèces. Transferts horizontaux de gènes : (relations avec l’évolution) p43 . exemple de vecteur : les virus : cycle viral, conséquences. Exemples : relation hépatite B et cancer du foie, conséquences évolutives . Applications : exemple de la transgénèse. Doc distribué sur technique d’introduction de gènes. film transgénèse végétale + p268 : les techniques du génie génétique permettent d’agir directement sur le génome des plantes. Schématiser le principe, donner les avantages, intérêts…dans l’exemple. Conclusion : l’Homme agit sur le génome des plantes cultivées et intervient sur la biodiversité. L’utilisation des plantes par l’Homme est une très longue histoire, qui va de pratiques empiriques les plus anciennes (sélection) à la mise en œuvre des technologies les plus modernes (transgénèse). Les mécanismes exploités par l’homme : sélection, hybridation, polyploïdisation, transferts horizontaux de gènes existent naturellement. Les caractéristiques choisies par l’homme ne sont pas en général les mêmes que celles qui sont privilégiées par la nature : exemple des céréales : l’homme préfère des grains qui ne tombent pas au sol et qui ne sont pas trop protégés par leurs enveloppes, la nature favorise plutôt l’inverse : la dispersion des graines et leur protection pour assurer la pérennité de l’espèce. Sélection caractéristiques différentes, 1 espèce cultivée plusieurs variétés = forme de biodiversité. Techniques de croisements nouvelles plantes qui n’existaient pas dans la nature. (Clémentine, Brugnon, blé, maïs, ….fraises polyploïdes). C/ Une diversification du vivant sans modification des génomes 1. Les symbioses : TP6 Réalisation et observation des bactéries des nodosités racinaires Symbiose Rhizobium / légumineuses : Document 1 : les échanges entre les bactéries et la plante Légumineuse . Des études montrent que les bactéries produisent une enzyme appelée nitrogénase qui est capable de transformer l'azote de l'air N2 en azote réduit NH4+ utilisable par la plante. En revanche, elles ont besoin de carbone sous la forme de glucides ce qui leur fournit de l'énergie. La bactérie ne produit pas cette enzyme si elle est seule dans le sol. En l'absence de nodosités, le soja prélève l'azote sous la forme de nitrates (NO3-). Spécificités de la symbiose : aptitudes nouvelles des 2 partenaires : - le Rhizobium se met à produire la nitrogénase qui fixe l’azote de l’air - la plante devient capable d’utiliser l’azote de l’air transformé par la bactérie. Echanges de « bons procédés » : - la plante fournit aux bactéries les glucides fabriqués par photosynthèse - les bactéries fournissent à la plante l’azote (NH4+) nécessaire à ses synthèses d’acides aminés. = bénéfice réciproque, qui se traduit par une productivité végétale améliorée : Document 2 : Comparaison de la croissance après un an de culture d'un plant de Corroyère du japon seule ou en association avec une bactérie du genre Rhizobium Point sur symbiose Rhizobium / légumineuses activité 9 p 49 : autres exemples de symbioses : 1. Dans chaque exemple il s’agit d’une association entre espèces différentes et il y a un bénéfice réciproque 2. La plante peut mieux absorber les minéraux et l’eau grâce aux mycorhizes : rem : tous les grands arbres ne pourraient pas vivre sans mycorhizes 3. L’anémone de mer symbiotique se déplace à la lumière, l’autre pas : la lumière est nécessaire aux algues qu’elle héberge pour réaliser leur photosynthèse, l’anémone profite des produits de la photosynthèse (glucides) 4. Dans chaque cas le phénotype est modifié par la symbiose : a. Le Basilic est plus vigoureux et plus grand b. Le lichen fabrique des molécules en plus c. Les champignons cultivés par les fourmis fabriquent des boules riches en sucres qu’ils ne fabriquent pas seuls d. L’anémone se déplace vers la lumière lorsqu’elle contient des algues symbiotiques 2. Les variations de fonctionnement des gènes homéotiques p44 : Rappels : film : gènes architectes. + doc 1 p 44 Comparaison des gènes homéotiques de différentes espèces : (film) et doc 2p44 : exemple « eyeless » o Exemple des Serpents et des Chenilles : doc 3 p 45 : gènes présents mais différences d’expression. o Importance de la chronologie dans l’expression des gènes du développement : exemple Homme / Chimpanzé doc 1p86 : Durées différentes d’expression de certains gènes du développement : multiplication des neurones, formation des dents, développement du squelette (morphologie) + rapide, maturité sexuelle plus précoce chez le singe arrêt des transformations. Chez l’homme, la maturité sexuelle est retardée, sa phase juvénile est plus longue,. Intensité différente d’expression de ces gènes : des transformations sont incomplètes chez l’Homme : la face reste plate par exemple, le trou occipital ne se déplace pas vers l’arrière bipédie. Différences phénotypiques entre les deux espèces. 3. la transmission des comportements p50 : (travail maison) Sélection sexuelle des mâles de Geospiza par les femelles en fonction du chant Apprentissage du chant chez les Mandarins Apprentissage chez les Chimpanzés : docs 3 et 4 p51n et vidéo. Réponses : 1. Les 4 individus Géospiza sont de la même espèce mais leurs chants sont différents (variations de fréquences sonores différentes), de même les motifs des chants des Mandarins. Malgré les différences individuelles, chez le Géospiza, on observe une ressemblance générale des motifs. 2. L’expérience montre que les caractéristiques du chant sont influencées par les congénères : l’évolution du jeune en présence de l’adulte aboutit à des chants très ressemblants, avec des motifs répétés, au contraire, le chant de l’individu isolé est très différent et déstructuré. 3. Le principal processus d’apprentissage est l’imitation : c’est le cas pour le chant de l’oiseau, pour l’utilisation des outils par les Chimpanzés. 4. Exemple des chimpanzés : L’observation d’un comportement permet de l’imiter, et de se souvenir plus tard = apprentissage. Tous les individus ne sont pas aussi capables d’apprendre : ceux qui ont des difficultés au départ ne conservent pas les acquis. L’acquis est durable. L’apprentissage permet de gagner des aptitudes qui ne viendraient pas aussi rapidement toutes seules, si l’individu devait découvrir lui-même la connaissance. Bilan : variété des mécanismes de diversification, importance de la transmission des comportements appris (= connaissances). La diversification des êtres vivants repose à la fois sur des mécanismes génétiques (mutations, brassages génétiques) et sur d’autres mécanismes, non génétiques : associations, développement de comportements nouveaux transmis au fil des générations ( connaissances, culture.. ..). Cette diversification se fait dans le temps, de manière continue. L’homme est capable d’en exploiter les mécanismes, même s’il ne favorise pas les mêmes évolutions que la nature.
