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Séquence 3-SN02 105 Innovations génétiques et évolution > Introduction . . . .

Séquence 3-SN02 105 Innovations génétiques et évolution > Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Chapitre 1 > Les innovations génétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 A Du polymorphisme des protéines au polymorphisme génique La diversité biologique à l’échelle des protéines Rappel : la notion d’allèle L’importance de la variabilité génétique des organismes B Les mutations, source d’innovation génétique Rappel : la notion de mutation L’origine des mutations Les différents types de mutations La création d’allèles d’un même gène Les conséquences phénotypiques des mutations C Une forme de complexification du génome : les familles multigéniques La famille des globines humaines L’importance et la variété des duplications géniques Chapitre 2 > Les relations entre mécanismes de l’évolution et génétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 A L’avantage sélectif de certaines mutations Un exemple remarquable d’adaptation au milieu : la Phalène du Bouleau La sélection naturelle privilégie certaines innovations génétiques B Les mutations neutres Rappel : le polymorphisme biochimique Les mutations neutres : mutations non déterminantes pour l’évolution C Les conséquences évolutives des mutations portant sur les gènes du développement Les gènes de développement L’hétérochronie, conséquence de mutations de gènes du développement Conclusion Corrigé des activités autocorrectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 107 Sommaire séquence 3-SN02 Séquence 3-SN02 109 ntroduction Les Acquis La vie est apparue sur Terre, il y a environ 4 milliards d’années. Au cours des temps géologiques, fau- nes et flores se sont succèdé, se modifiant sans cesse et colonisant progressivement tous les milieux possibles mêmes les plus hostiles. L’état actuel du monde vivant résulte de l’évolution qui peut être défini dans un premier temps comme l’ensemble des transformations qui a affecté les différentes formes de vie depuis son origine. Cependant les êtres vivants, bien que diversifiés, partagent toujours des propriétés communes (struc- tures cellulaires, ADN, modalités de la réplication et de l’expression des gènes, code génétique). Ces propriétés attestent d’une origine commune, c’est à dire d’un lien de parenté entre toutes les espèces actuelles et fossiles. L’évolution biologique peut alors se définir comme une source d’innovations à l’origine des phylogénies (histoire évolutive des lignées d’organismes, des ancêtres aux descendants). Problèmes scientifiques Les mécanismes de l’évolution sont à rechercher à travers les mécanismes produisant et conservant l’innovation au sein du monde vivant. Ces innovations peuvent se manifester à plusieurs niveaux : Au niveau morphologique : par exemple, l’acquisition de la bipédie chez les Hominidés (voir séquence 1). Au niveau physiologique : par exemple, l’acquisition de l’homéothermie (température interne constante) chez les oiseaux et les mammifères. Au niveau comportemental : par exemple, les modifications des comportements alimen- taires ou bien l’apparition du langage chez les Hominidés. À travers ces exemples, il est clair que l’innovation s’exprime au niveau du phénotype des individus d’une espèce donnée et ne peut se conserver que si elle touche au génotype associé. L’innovation ne peut être alors que génétique. Nous rechercherons dans cette séquence à préciser les principaux mécanismes génétiques qui déter- minent l ‘évolution des êtres vivants et à établir les conditions qui peuvent influer sur la conservation des innovations apparues. Activité autocorrective n° 1 Connaissez-vous un mécanisme provoquant l’apparition de nouveaux génotypes au sein d’une population donnée ? La reproduction sexuée, étudiée dans la séquence 2, est-elle un mécanisme source d’innovation génétique chez les êtres vivants ? Séquence 3-SN02 111 Les innovations génétiques A Du polymorphisme des protéines au polymorphisme des gènes La diversité biologique à l’échelle des protéines Le polymorphisme au sein d’une espèce (ou polymorphisme intraspécifique) peut être de nos jours étudié plus finement, au niveau même des protéines et des enzymes, grâce à la technique de l'élec- trophorèse. Lors d'une électrophorèse (document 1), les protéines sont soumises à l'action d'un champ électrique et migrent vers l'anode ou la cathode selon leurs charges. Si les protéines diffèrent entre elles par leur charges, mais aussi dans une certaine mesure par leur taille et leur structure, leur mobilité électropho- rétique sera différente et on pourra ainsi les distinguer. Document 1 L’électrophorèse sur gel L’ÉLECTROPHORÈSE SUR GEL est une méthode qui permet d’évaluer l’importance de la variabilité génétique dans les populations naturelles grâce à l’examen des variants protéiques des divers individus. Dans un premier temps, on prélève un échantillon de tissu de chaque organisme et on en extrait les protéines ; chaque extrait protéique est ensuite disposé sur un gel d’amidon, d’agar ou de polyacrylamide. Puis on fait passer un courant dans le gel pendant plusieurs heures ; chacune des protéines de l’échantillon migre alors à travers le gel selon une direction et à une vitesse qui dépendent de sa charge électrique et de son poids moléculaire. Au terme de la migration, on recouvre l‘ensemble du gel d’une solution contenant le substrat spécifique de l’enzyme étudiée et un réactif coloré. L’enzyme présente dans le gel catalyse la conversion du substrat en un produit qui se combine avec le réactif pour donner une bande de couleur à l’endroit où la protéine a migré. Comme les divers allèles d’une même enzyme diffèrent par leur structure moléculaire et par leur charge (et ont par conséquent des mobilités différentes dans un champs électrique), il est possible de visualiser, pour chaque individu, la composition génétique du locus qui code pour une enzyme donnée, d’après le nombre et la position des bandes électrophorétiques. Toutes les études par électrophorèse des protéines de différents tissus animaux ou végétaux d'indivi- dus de la même espèce concordent et révèlent l'existence d'isoenzymes (ou isozymes) c'est-à-dire de différentes formes moléculaires de protéines de même spécificité enzymatique. Une même protéine peut donc, au sein d'une population d'individus de la même espèce, exister sous plusieurs formes ou phénotypes moléculaires (document 2). Séquence 3-SN02 112 Document 2 Un exemple de gel électrophorétique Ce gel électrophorétique a été coloré par la malate-déshydrogénase, enzyme qui intervient dans le métabolisme respiratoire. Cette enzyme est constituée de deux chaînes polypeptidiques qui se combinent spontanément après leur synthèse. Ce gel représente les migrations respectives de cette enzyme chez 22 mouches appartenant à l’espèce Drosophila equinoxialis. Plusieurs phénotypes apparaissent dans cette expérience : une protéine à migration rapide (désignée par RR = deux chaînes R), une protéine à migration lente (désignée par LL = deux chaînes L) et une protéine de migration intermédiaire (désignée par RL = une chaîne R et une chaîne L). Selon les individus, une seule enzyme est fabriquée ou bien les trois. On parle alors d’isoenzymes. Rappel : la notion d'allèle Un même gène peut exister uploads/Science et Technologie/ sn02te0-sequence-03-pdf.pdf