Correction question de synthèse (sujet 1) : Présenter les différents mécanismes de diversification génétique des êtres vivants..

23 11 2013

Question de synthèse (sujet 1) : Présenter les différents mécanismes de diversification génétique des être vivants.

Introduction qui définit le ou les termes clés. Problématique. Présentation du plan et/ou de la démarche :

Quelques exemples d’introductions.

Le code génétique est commun à tous les êtres vivants. Pourtant la plupart des espèces sont radicalement différentes. Ce phénomène s’explique par la diversification génétique à l’origine de la variabilité de l’ADN. On cherche alors à expliquer les différents mécanismes de diversification génétique des être vivants. Pour cela, nous allons dans un premier temps étudier le processus de diversification génétique à l’origine de la variabilité intra spécifique. Enfin, nous nous intéresserons au processus de diversification génétique à l’origine de nouvelles espèces.

 

Tous les Hommes sont constitués de la même façon, cependant, ils sont tous différents. Il en est de même pour tous les êtres vivants. Ces différences sont dues à la diversification génétique, mais quels sont les mécanismes de la diversification génétique ? Dans un premier temps nous présenterons les processus de diversification génétique à l’origine de la variabilité intraspécifique, puis nous étudierons ensuite les processus de diversification génétique à l’origine de nouvelles espèces.

 

Les êtres vivants ne se ressemblent pas tous, et forment ainsi différentes espèces. On définit par ailleurs une espèce comme une population d’individus pouvant se reproduire entre eux et avoir une descendance fertile. Cependant, les individus au sein d’une même espèce ne se ressemblent pas identiquement. Il existe donc des processus de diversification chez tous les êtres vivants, même ceux appartenant à une même espèce. En outre, certains processus peuvent amener à la création d’une nouvelle espèce. Quels sont les différents mécanismes de diversifications génétiques du vivant ? Nous étudierons d’abord les processus de diversification génétique à l’origine de la variabilité intraspécifique puis ceux à l’origine de nouvelles espèces.

 

La diversification génétique des êtres vivants correspond au fait que chaque être vivants possède un génome propre à l’origine de son phénotype. Celle-ci a donc des enjeux important sur la diversification du vivant. Il est donc possible de se demander qu’elles sont les mécanismes à l’origine de cette diversification génétique. Pour cela nous verrons qu’il y a plusieurs types de processus de diversification génétique. Une première partie traitera du processus de diversification génétique à l’échelle de l’ADN. Dans un second temps, le processus de diversification génétique à l’à l’échelle chromosomique.

 

Organiser la synthèse. Faire un plan (en 2 ou 3 parties).Plusieurs plans possibles :

Quelques exemples de développements:

I/ Processus de diversification génétique à l’échelle de l’ADN II/ Processus de diversification génétique à l’échelle chromosomique
Les mutations (substitution, délétion, addition ou insertion) sont la source aléatoire de la diversité des allèles, fondement de la biodiversité. Par ces phénomènes de nouveaux allèles avec un avantage par rapport aux autres créent ainsi une diversité allélique.

 

-          transfert de gènes par voie virale (d’une espèce à une autre)  ou pénétration d’un gène dans une cellule (on parle de transfert horizontaux d’une espèce à une autre), etc.

 

La méiose est à l’origine de nombreuse diversification au niveau chromosomique. Le crossing-over n’affectant qu’une faible proportion des méioses explique la faible proportion des phénotypes recombinés chez les descendants dans le cas de gènes liés. On parle de recombinaison homologue.Les chromosomes ainsi remaniés subissent un brassage interchromosomique résultant de la migration aléatoire des chromosomes homologues lors de la 1ère division de méiose (anaphase 1). Une diversité potentiellement infinie de gamètes est ainsi produite.

Un crossing-over inégal aboutit parfois à une duplication de gène. Un mouvement anormal de chromosomes produit une cellule présentant un nombre inhabituel de chromosomes (trisomie, monosomie). Ces mécanismes, souvent sources de troubles, sont aussi parfois sources de diversification du vivant.

D’autres mécanismes de diversification des génomes existent :

-           hybridation (fécondation entre organismes d’espèces différentes) suivies de polyploïdisation (passage de la diploidie 2n à la polyploidie)

-           la polyploidie peut aussi être le résultat d’une non séparation des chromosomes à la méiose.

 

I/ Processus de diversification génétique à l’échelle de l’ADN II/ Processus de diversification génétique à l’échelle chromosomique
  • Les mutations, à l’origine de la diversification des allèles
  • Duplication des gènes
  • Transfert de gènes par voie virale, transfert horizontaux de gènes (pénétration d’un gène dans une cellule)
    • Variation dans l’expression spatio-temporelle des gènes architectes + variation dans la chronologie ou l’intensité d’expression

 

  • La méiose, à l’origine des gamètes > le brassage génétique de la méiose : brassage intra chromosomique + brassage inter chromosomique + anomalies possibles (polyploïdisation)
  • La fécondation à l’origine d’une diversité génétique > diversification des zygotes possibles

 

 

I/ Processus de diversification génétique à l’origine de la variabilité intraspécifique. II/ Processus de diversification génétique à l’origine de nouvelles espèces.
brassage génétique et la méiose : crossing-over ;  brassage interchromosomique (migration aléatoire des chromosomes homologues) à  diversité potentiellement infinie de gamètes 

fécondation : Les deux cellules sexuelles voient la fusion de leurs chromosomes à  La diversité génétique potentielle des zygotes est immense car la fécondation amplifie le brassage issu de la méiose. Chaque zygote contient une combinaison unique et nouvelle d’allèles. Seule une fraction de ces zygotes est viable et se développe.

 

Mutations : substitution, délétion, addition ou insertion à source aléatoire de la diversité des allèles

 

Diversification du génome : transfert par voie virale ; transfert d’un gène

 

Anomalies lors de la méiose : non séparation des homologue ou des chromatides ; translocation ; crossing-over inégal (à une duplication de gène) ; mouvement anormal de chromosomes à nombre inhabituel de chromosomes (trisomie, monosomie) ; gènes présentant une forte homologie subissant des mutations (famille multigénique) àfonctions différentes à diversification du vivant 

Diversification du génome : hybridation (fécondation entre organismes d’espèces différentes) suivies de polyploïdisation ; transfert par voie virale ; transfert d’un gène

 

Modifications d’expression des gènes : durée et/ou intensité à modifications morphologiques importantes (même lorsque ces gènes sont forts similaires)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Conclusion : reprend les principales idées développées. Ouverture.

Les différents processus de diversification génétiques consistent en des modification des chromosomes,des caryotypes ou de l’ADN. Ces processus sont accidentels et aléatoires. Ils sont à l’origine de la biodiversité spécifique et intraspécifique. Il peuvent être à l’origine de nouveaux gènes,de nouveau allèles ou modifier l’expression des gènes.

Les innovations génétiques sont ensuite soumises à la sélection naturelle qui conserve ce qui marche mais aussi au hasard (dérive génétique).




Etablissement de parentés à partir de données moléculaires.

21 11 2013
arbre parenté primate

arbre parenté primate

Tableau des % de ressemblances pour le gène NAD et la protéine Globine pour différents primates

Tableau des % de ressemblances pour le gène NAD et la protéine Globine pour différents primates

Détermination de l’arbre le plus probable à partir des % de ressemblances entre les séquences du gène NAD et de la protéine Globine:

Démarche: soit on part des arbres de parenté et on vérifie si les données moléculaires confirment l’arbre ou les branches de l’arbre ou bien on établi les parentés à partir des données moléculaires et on précise quel arbre elles confirment.

L’établissement des parentés se fait à partir des pourcentages de ressemblances entre les séquences nucléotidiques ou peptidiques.Plus le pourcentage de ressemblance est élevé plus la parenté est étroite. Les molécules comparées sont des molécules homologues (fort % de ressemblances et même fonctions)

Dans les deux arbres homme et chimpanzé sont proches ce que confirment les données moléculaires (89% pour NAD et 100% pour la globine).

L’arbre 1 montre le gorille le plus apparenté au groupe homme chimpanzé alors que l’arbre 2 l’orang-outan. La comparaison pour le gène NAD montre effectivement 86,5% de ressemblances ce qui confirme l’arbre 1 alors que pour la globine c’est l’orang-outan qui semble plus proche (98,6% contre 98% pour le gorille) donc l’arbre 2 semble dans le cas de la globine confirmé.

Le plus éloigné de l’homme est l’orang-outan pour la NAD avec 75.5% (arbre 1) et le gibbon pour la globine avec 97.3(arbre 2).

 

OU

 

La comparaison des ressemblances de la séquence nucléotidiques pour le gène NAD montre que le plus proche de l’homme est le chimpanzé (89%) puis le gorille (86.5%) ,le gibbon (75.9%) et le plus éloigné l’orang-outan (75.5%). Ces données semblent rendre l’arbre 1 le plus probable.

La comparaison des ressemblances  de la séquence peptidique pour la protéine globine montre que le plus proche de l’homme est le chimpanzé (100%) puis l’orang-outan (98.6%) ,le gorille (98%) et le plus éloigné le gibbon (97.3%). Ces données semblent rendre l’arbre 2 le plus probable.

Les données moléculaires ne permettent pas de choisir quel est l’arbre le plus probable.Il faudrait comparer d’autres gènes ou protéines pour pouvoir choisir l’arbre le plus probable.




Cours du thème « génétique et évolution ».

25 11 2012




Mesure des paramètres crâniens.

25 11 2012

Pour savoir si des fossiles de primates s’inscrivent dans la lignée humaine on compare un certain nombre de paramètres crâniens. Une comparaison uniquement descriptive manquant de rigueur des points précis ont été définis afin de quantifier précisément ces paramètres. Ces points sont homologues pour tous les fossiles.

Source modifiée: académie dijon schéma svt alain gallien

Source modifiée: académie dijon schéma svt alain gallien

Le schéma ci-dessous montre l’évolution de 3 paramètres crâniens de quelques fossiles appartenant à la lignée humaine (=homininés) rangés du plus ancien au plus récent.

 

Source:élèves TS3 2012

Source:élèves TS3 2012

 

Bilan:

Globalement on constate une augmentation de la verticalité du front (le front oblique ou fuyant chez les plus anciens fossiles se redresse ou devient de plus en plus vertical), une augmentation de l’angle de prognathisme (la face avancée ou prognathe chez les plus anciens fossiles devient de plus en plus plate ), une augmentation de la hauteur crânienne (le crâne ovale ou allongé devient de plus en plus rond).

PS: il s’agit d’une évolution globale mais l’évolution n’est jamais orientée. Certains fossiles découverts peuvent constituer une exception à cette tendance globale.

n: Globalement on constate une augmentation de la verticalité du front (le front oblique ou fuyant chez les fossiles les plus anciens




Article du CNRS sur le thème « génome et évolution ».

24 11 2012

Article du CNRS niveau terminale.




Lexique « génétique et évolution ».

24 11 2012

Lexique illustré.

Lexique téléchargeable en pdf. 




Place de l’homme au sein des vertébrés.

15 11 2012




Cours 1S « Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique »

27 10 2012

Reproduction conforme de la cellule et réplication de l’ADN.

 Les chromosomes sont des structures constantes des cellules eucaryotes qui sont dans des états de condensation variables au cours du cycle cellulaire (chromatine à ADN décondensé durant l’interphase / ADN condensé en bâtonnets : chromosomes sensu stricto). En général la division cellulaire est une reproduction conforme (les deux cellules sont génétiquement identique) qui conserve toutes les caractéristiques du caryotype (nombre et morphologie des chromosomes).

Phases du cycle cellulaire : interphase (G1, S, G), mitose.

Chaque chromatide contient une molécule d’ADN (chromosome à 2 chromatides = 2 molécules d’ADN). Au cours de la phase S, l’ADN subit la réplication semi-conservative. En absence d’erreur, ce phénomène préserve, par copie conforme, la séquence des nucléotides. Ainsi, les deux cellules filles provenant par mitose d’une cellule mère possèdent la même information génétique.

 

Variabilité génétique et mutation de l’ADN.

 Pendant la réplication de l’ADN surviennent des erreurs spontanées et rares, dont la fréquence est augmentée par l’action d’agents mutagènes (UV, radioactivité, certaines molécules). L’ADN peut aussi être endommagé en dehors de la réplication. Le plus souvent l’erreur est réparée par des systèmes enzymatiques. Quand elle ne l’est pas, si les modifications n’empêchent pas la survie de la cellule, il apparaît une mutation, qui sera transmise si la cellule se divise.

Une mutation est donc une modification accidentelle de la séquence de l’ADN :

-         Remplacement ou substitution de nucléotides.

-         Addition ou insertion de nucléotides.

-         Perte ou délétion de nucléotides.

Une mutation survient soit dans une cellule somatique (elle est ensuite présente dans le clone issu de cette cellule) soit dans une cellule germinale (elle devient alors héréditaire : elle peut donc être transmise à la descendance). Les mutations sont la source aléatoire de la diversité des allèles, fondement de la biodiversité.

 

L’expression du patrimoine génétique

 La séquence des nucléotides d’une molécule d’ADN représente une information. Le code génétique est le système de correspondance mis en jeu lors de la traduction de cette information :

Un codon ou triplet de nucléotides spécifie un acide aminé donné.

Code dégénéré ou redondant : plusieurs triplets peuvent coder un acide aminé donné.

Code univoque : à un codon donné ne correspond qu’un acide aminé donné.

Existence d’un codon d’initiation :AUG.

Existence de trois codons-stop qui permettent d’arrêter l’élongation de la protéine: UGA, UAA, UAG.

À quelques exceptions près, il est commun à tous les êtres vivants (universalité du code génétique).

Les portions codantes de l’ADN comportent l’information nécessaire à la synthèse de chaînes protéiques issues de l’assemblage d’acides aminés (la cellule en utilise 20 différents).

Chez les eucaryotes, la transcription est la fabrication, dans le noyau, d’une molécule d’ARN pré-messager, complémentaire du brin codant de l’ADN. Après une éventuelle maturation (coupure et élimination de certaines parties de l’ARN,les introns, et assemblage des parties restantes, les exons) , l’ARN messager est traduit en protéines dans le cytoplasme.

Un même ARN pré-messager peut subir, suivant le contexte (selon le type de cellule ou l’état de différenciation de la cellule), des maturations différentes et donc être à l’origine de plusieurs protéines différentes.

 

ADN =) ARN pré-messager =) ARN messager =) Protéines.

     Transcription          Maturation         Traduction

 

L’ensemble des protéines qui se trouvent dans une cellule (phénotype moléculaire) dépend :

- du patrimoine génétique de la cellule (une mutation allélique peut être à l’origine d’une protéine différente ou de l’absence d’une protéine) ;

- de la nature des gènes qui s’expriment sous l’effet de l’influence de facteurs internes et externes variés.

Le phénotype macroscopique dépend du phénotype cellulaire, lui-même induit par le phénotype moléculaire.

Génotype (gènes et allèles) =) Phénotype moléculaire (protéines) =) Phénotype cellulaire (cellules) =) Phénotype macroscopique (organisme).

 

 




QCM : évolution,phylogénie, hominisation.

20 10 2012

Lien vers le QCM : évolution, hominisation.

Lien vers le QCM: étude d’arbres phylogénétiques.




Modélisation mathématique de la « dérive génétique ».

20 10 2012

Dérive génétique: modification aléatoire des fréquences d’un allèle (ou d’un génotype) au sein d’une population.

Causes de la dérive génétique:

- répartition aléatoire des allèles lors de la méiose.

- rencontre aléatoire des gamètes lors de la fécondation.

- reproduction aléatoire entre individus au sein de la population.

 La dérive génétique sera d’autant plus marquée que l’effectif de la population est réduit (Lois de probabilité et statistiques)

 

Lien vers le logiciel de modélisation.