Chapitre 3 Processus conduisant à la diversification des êtres vivants.

Chapitre 3 Des processus conduisant à la diversification des êtres vivants avec ou sans modification des génomes 

(3 semaines)

 

Page 34 à 53 du livre Nathan + plan de travail partie 1A-chapitre3

cours-pour-eleves-chapitre-3

L’association entre mutations et brassage génétique au cours de la méiose et de la fécondation ne suffit pas à expliquer la grande diversité des organismes.

Il existe d’autres mécanismes de diversification des génomes :

1.Une diversification dont l’origine est une modification génétique

  • modifications génétiques par combinaisons d’allèles différents (crossing-over/ brassage génétique)
  • modifications caryotypiques (polyploïdisation, hybridation…)
  • apparition de nouveaux gènes : • duplication/mutations • transfert horizontal de gènes
  • modification de l’expression de certains gènes (gènes de développement)

2. Une diversification dont l’origine n’est pas une modification génétique :

  • symbiose (pouvant aller jusqu’au transfert horizontal de gènes)
  • transmission de comportements nouveaux acquis

Introduction du chapitre

I. La diversification des êtres vivants avec modification du génome

A.1.Les duplications et les mutations des gènes, un des fondements de l’évolution de la biodiversité (atelier 2)

La possibilité de survenue d’anomalies lors du déroulement de la méiose (crossing-over inégal) implique la possible duplication de certains gènes. De nouveaux gènes peuvent apparaître par mutations du gène préexistant.

Schéma à l’origine de la duplication :

duplication des gènesUne fois dupliquée, la copie obtenue s’insère sur le même chromosome ou sur un autre (sur un autre locus). C’est la transposition.

Les différences entre les copies s’expliquent par l’accumulation de mutations indépendantes après les duplications, les deux versions du gène dupliqué, d’abord identiques, deviennent de plus en plus différentes.

Les innovations génétiques sont aléatoires et leur nature ne dépend pas des caractéristiques du milieu.

Il existe des familles multigéniques où les gènes codent des protéines ayant conservé un rôle similaire (les globines ou les opsines) mais aussi des familles où les gènes codent des protéines aux fonctions très différentes (hormones hypophysaires comme l’ocytocine -hormone de fonction reproductrice-, ADH hormone antidiurétique ou vasopressine qui régule la rétention de l’eau dans l’organisme). Pour ces familles, il existe des similitudes de séquences et elles sont classiquement interprétées comme un indice de parenté, de sorte que les gènes d’une même famille sont considérés comme dérivant tous d’un gène ancestral commun.

Schéma représentant l’origine des différents gènes d’une même famille multigénique

dupli_trans_mut-

A.2.Variation dans la chronologie et lintensité d’expression des gènes de développement (atelier 1)

Les gènes homéotiques sont des gènes impliqués au cours du développement dans la mise en place de régions complètes du corps d’un organisme. Ils permettent la synthèse de protéines qui contrôlent l’expression d’autres gènes. Ces gènes se retrouvent chez tous les animaux et possèdent des régions très similaires.

TP6 biodiversité et modification du génome

Conclusion :

Il existe des gènes impliqués dans le développement des individus à partir d’un zygote : les gènes de polarité, les gènes homéotiques, les gènes de lignée cellulaire, etc… Il existe une homologie importante des gènes de développement au sein des groupes des êtres vivants (Complexe Hom chez la Drosphile et Hox chez les Mammifères)

Ces gènes vont entrer en jeu à des moments et en des lieux précis lors du développement. La chronologie, la durée et l’intensité de l’expression de ces gènes sont donc essentielles.

Des changements dans ces gènes peuvent avoir des conséquences très importantes et être à l’origine de nouveaux plans d’organisation donc à l’origine de nouvelles formes du vivant comme ici la durée du développement de la partie crânienne différente entre l’Homme et le Chimpanzé.

dev cerveau entre homme et chimpanzé

A.3. Apport complet d’un génome : les hybrides et les mécanismes de polyploïdie (atelier 3)

Certaines espèces ont un génome qui correspond à une hybridation entre deux espèces différentes. Une hybridation correspond à une fécondation entre deux organismes d’espèces différentes.

Séance 11

1) Anomalie cellulaire au niveau de la mitose :

Hybridation (fusion entre deux gamètes n’ayant pas le même nombre de chromosomes, ici 2n=4 fusionne avec 2n=6), ce qui forme normalement un hybride (dans lequel les mitoses sont possibles) mais stérile car les chromosomes paternels n’ont pas leur homologue d’origine maternel lors de l’appariement de 1ère division de méiose.

Dans la lignée germinale, une anomalie de la mitose (absence de la cytodiérèse au moment de la télophase) entraîne le doublement du nombre de chromosomes (ici, de 2n=5 à 2n=10), ce qui rétablit la diploïdie de la cellule germinale (chaque chromosome peut s’apparier à son homologue lors de la méiose) qui peut donc donner des gamètes. Cette étape de polyploïdisation rend donc l’hybride fertile.

On parle d’allopolyploïdie car l’augmentation du nombre de chromosomes résulte de l’adjonction de deux génomes différents (allo-), ce qui correspond au programme « hybridisme suivi de polyploidisation »

Le schéma bilan est le suivant :

schéma bilan origine hybride stérile et fertilemodele de spéciation par alloploidisationsa version en power point

Dans ce cas, quand il y a eu hybridation entre deux espèces différentes, les chromosomes des espèces parentales, présents dans la cellule-œuf, ne sont pas homologues . Ils ne peuvent donc pas s’ apparier. L’hybride est stérile. Un doublement accidentel des chromosomes permet de retrouver une homologie pour les chromosomes. La méiose peut alors se réaliser chez ce nouvel hybride et la fertilité des hybrides est rétablie. Comme les hybrides présentent des génomes différents des espèces parentes, il peut apparaître des caractères différents et une nouvelle espèce. Ce nouvel hybride a aussi doublé son nombre de chromosomes par rapport à l’espèce parentale.

2) Anomalie cellulaire au niveau de la méiose :

Une absence de cytodiérèse à la  télophase de la 2eme division méiotique peut entraîner la formation de 2 gamètes au lieu de 4. L’hybride résultant des gamètes de ce type serait directement tétraploïde et fertile (les chromosomes qui s’ajoutent viennent du même organisme = autopolyploïdie).

Dans ce cas la polyploïdisation a lieu avant l’hybridisme, ce qui ne correspond pas à la phrase du programme « hybridisme suivi de polyploidisation ».

origine du polyploidisme au niveau de la meiose

modele de spéciation par autoploidisationet sa version en power point

A.4. Apparition de nouveau gène par transfert horizontal

(atelier 4)- séance 12

Activité 4:  Les transferts de gènes horizontaux (atelier 4): article du CNRS sur l’origine du placenta

Une synthèse sur ces mécanismes et la remise en cause totale de la phylogénie qu’ils impliquent : article de Pour la Science Novembre 2016 (commencer la lecture à « des gènes sauteurs »)

Le transfert horizontal de gène, aussi appelé transfert latéral, est un processus dans lequel un organisme incorpore le matériel génétique d’un autre organisme qui n’est pas son ascendant. Cette transmission de gènes s’oppose donc au transfert « vertical » héréditaire (des parents vers les enfants).

transfert gène horozontauxLes gènes peuvent transiter entre individus de la même espèce et même parfois entre individus d’espèces différentes.

Le séquençage des génomes révèle que de nombreux gènes sont issus de transferts horizontaux. Les mécanismes de ces transferts peuvent se produire par l’intermédiaire de virus et ont un rôle évolutif majeur.

retrovirusCertains gènes ont pu être transférés entre individus différents de la même espèce ou de deux espèces différentes sans lien de parenté entre eux par transfert libre ou viral par exemple.

Il devient ainsi plus logique de parler de réseaux phylogénétiques pour parler de l’histoire évolutive des espèces.

Exercice  : perte des pattes chez le serpent et exercices d’application

II/ Possibilité de diversification du vivant sans modifications du génome

A/ La symbiose

Des organismes sont capables de s’associer de façon durable et lorsque chaque partenaire tire bénéfice de l’association, il s’agit d’une symbiose. Ces deux organismes se développent alors sur des milieux où, seuls, ils ne survivraient pas.

TP 7: diversification des êtres vivants sans modification des génomes

Symbiose algue/polype:

symbiose corail

Symbiose lichen :

symbiose lichen

Symbiose mycorhizienne

symbiose mychoryseDes associations entre certains êtres vivants très étroites et durables constituent des symbioses (=vivre ensemble). Les symbioses peuvent entraîner des modifications phénotypiques de chaque être vivant pris séparément : production de nouvelles molécules, apparition de nouvelles structures, modification des comportements (croissance mutuelle).

L’endosymbiose est une forme de symbiose où l’un des être vivant est contenu par l’autre. Les bactéries Rhizobium vues en TP sont endosymbiotiques, à l’intérieur des cellules végétales de la nodosité de Trèfle.

Lire l’article de M.A. Selosse dans Pour La Science de février 2011 « L’évolution par fusion »

Des relations interspécifiques telles que le mutualisme confèrent également des avantages aux deux partenaires, mais dans ce cas l’association est seulement temporaire : lire l’exemple des grands dauphins de Laguna (Pour la Science n°462 – avril 2016)

B/ Transmission de comportement nouveau

Étude d’un exemple: comportement des oiseaux pour l’ouverture des bouteilles de lait

Chez les Vertébrés, certains comportements nouveaux se transmettent de génération en génération au sein d’une population par voie non génétique (apprentissage par imitation). Au cours de leur histoire, les différentes populations d’une même espèce n’ont pas acquis les mêmes comportements. L’apprentissage par imitation est ainsi à l’origine d’une diversification du vivant sans modifications des génomes.

Écouter les différents « accents » des Coucous estoniens, anglais, espagnols. Noter que les Coucous nichant dans ces différents pays sont en contact entre eux sur leur aire d’hivernage.

L’épigénétique est l’étude des changements héréditaires de caractères ayant lieu sans altération de la séquence d’ADN (ex : rôle de l’éducation, de l’alimentation).

Un comportement peut avoir une importance dans des phases clés de la vie des êtres vivants (recherche de nourriture, rapprochement des partenaires pour la reproduction).

La notion « d’empreinte comportementale» comporte un processus d’apprentissage mis en jeu pendant le développement des jeunes et qui produit une modification durable d’un comportement.

Cette empreinte pourrait être héritable, bien qu’elle ne soit pas génétique. Cette héritabilité ne se fera que si l’empreinte affecte la valeur sélective.

Schéma bilan à compléter:

tableau bilanAprès la séance:

Réviser tout le chapitre 3 avec cette activité en ligne (à compléter avec cours-pour-eleves-chapitre-3)

activité edu

 


Le coin du professeur

I/ biodiversité avec modification du génome

Savoir : D’autres mécanismes de diversification des génomes existent :

  • hybridations suivies de polyploïdisation,
  • transfert par voie virale, etc.

S’agissant des gènes impliqués dans le développement, des formes vivantes très différentes peuvent résulter de variations dans la chronologie et l’intensité d’expression de gènes communs, plus que d’une différence génétique.

Savoir faire :

  • Étudier les modalités d’une modification du génome.
  • Comparer des gènes du développement pour en identifier les homologies de séquences.
  • Interpréter un changement évolutif en termes de modification du développement.

II/ Diversification sans modification du génome

Savoir : Une diversification des êtres vivants est aussi possible sans modification des génomes : associations (dont symbioses) par exemple.

Savoir faire : Étudier un exemple de diversification du vivant sans modification du génome.

III/ Possibilité de transmission de caractères comportementaux d’une génération à l’autre par voie non génétique

Savoir : Chez les vertébrés, le développement de comportements nouveaux, transmis d’une génération à l’autre par voie non génétique, est aussi source de diversité : chants d’oiseaux, utilisation d’outils, etc.

Sources :

correction schéma bilan

Polyploïdisation et évolution des génomes polyploïdes.

Et des vidéos à regarder: Évolution des espèces: à la recherche de parenté.

4 commentaires pour Chapitre 3 Processus conduisant à la diversification des êtres vivants.

  1. J dit :

    Bonjour.
    Dans le cas de l’allopolyploïdisation, si les chromosomes ne peuvent pas s’apparier, ils ne forment donc pas de paires Si je suis ce raisonnement il ne s’agit alors pas d’un individu 2n=5 stérile mais n=5.

  2. muphry dit :

    Bonjour,
    Je ne trouve d’explication suffisante sur la différence entre l’alloploidisation et la ploidisation ? Est ce seulement une variante de terminologie? Merci

    • virginiemv dit :

      Bonjour,

      La ploïdisation est la multiplication naturelle ou artificielle du nombre des chromosomes chez certaines plantes, aboutissant à l’état polyploïde
      (source larousse.f). Deux mécanismes permettent cette multiplication : l’alloploidisation (augmentation du nombre de chromosomes résulte de l’adjonction de deux génomes différents) et autopolyploidisation ( les chromosomes qui s’ajoutent viennent du même organisme).
      Cela n’est donc pas seulement une variante de terminologie.

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