Complexes sans gène ... La complexification des génomes sans transfert de gène existe dans la nature

4,2,2/ Relations biotiques

1/ Typologie des relations hétérospécifiques

hétérospécifiques [entre différentes espèces]

• bénéfique, neutre ou néfaste,

• inter- ou intraspécifique

• extra- ou intracelluaire

• obligatoire ou facultative

• occasionnelle ou permanent

• directement (ex prédateur-proie) ou indirectement (ex ressource commune)

• => coévolution induite par ces échanges

Relation	Hôte	cible	effet	obligatoires=stricte (exemples)	facultatives (exemples)
Neutralisme	0	0	neutre	musaraigne & cerf dans une forêt	0
Symbiose Mutualisme Coopération	+	+	synergique	corail & zooxanthelles , lichens, héron pique bœuf, coccinelle	mycorhizes, nodosités, plantes nectarifères entomogames & insectes nectarivores pollinisateurs
Commensalisme	0	+	bénéfique	Remora, microbiote	poisson clown & anémone, certains mulots cohabitent avec des blaireaux, certaines chouettes nichent dans les cavités creusées et laissées par les pics noirs.
Amensalisme	0	+	néfaste	le noyer produit des inhibieurs de croissance interdisant tout autre végétal sous sa ramure	la truffe produit des substance supprimant tout végétal autour de l'arbre (brulis de truffe)
Parasitisme	-	+	néfaste	tique, puceron, puce & mammifère ; Coucou ; oïdium, mildiou, .... la graphiose de l’orme (champignon Ophiostoma ulmi)
Prédation	-	+	néfaste	chat&souris, coccinelle&puceron	plante carnivore
Compétition	-	-	néfaste	Vulpes vulpes & Buteo buteo	Quercus robur & Fagus sylvatica

parasitisme : [du grec para : contre, à côté] aux dépens d'un hôte , de façon permanente ou pendant une phase de son cycle vital.

commensalisme : [du latin cum- : avec + mensa : table] « compagnon de table » association fréquente ou systématique entre deux êtres vivants dans laquelle l'hôte fournit une partie de sa nourriture au commensal qui ne lui nuit et ne le dérange pas ; il n’obtient en revanche aucune contrepartie évidente de ce dernier

mutualisme : [du latin mutuus, réciproque, qui s'échange]

symbiose : [du grec βίος bio : vie + σύν syn : ensemble] association à bénéfice réciproque, obligatoire ou permanente, de deux ou plusieurs organismes différents, mutuellement bénéfique, voire indispensable à leur survie. La symbiose est un cas particulier de mutualisme.

Endosymbiose  => intracellulaire

Ectosymbiose  => extracellulaire

https://www.mnhn.fr/fr/alerte-presse/des-liens-inattendus-entre-plantes-et-truffes

https://www.maxicours.com/se/cours/les-interactions-au-sein-d-un-ecosysteme/

https://biodiversite-foret.fr/2022/12/21/les-interactions-biotiques-ou-comment-vivre-ensemble/

https://www.supagro.fr/ress-pepites/processusecologiques/co/RPop.html

2/ Différentes types de symbioses

ex : Oophila amblystomatis & Ambystoma maculatum

manuel p70

Endo ou ecto symbiose

Les endosymbioses transmises entre générations, fréquentes dans l’histoire des eucaryotes, jouent un rôle important dans leur évolution. Le génome de la cellule (bactérie ou eucaryote) intégré dans une cellule hôte régresse au cours des générations, certains de ses gènes étant transférés dans le noyau de l’hôte.

3/ Origine endosymbiotique des plastes eucaryotes

• Mettre en oeuvre une méthode permettant de comprendre les arguments qui ont conduit à considérer que les organites énergétiques sont issus de symbioses dans la lignée des eucaryotes.

Manuel p72 en devoir type bac

Histoire de la théorie endosybiotique

1869 : Antoine Béchamp (1816-1908) auteur d'une théorie sur les « microzymas ».

1879 : Patrick Geddes (1854-1932) décrit le ver vert de Roscoff

1880 : Richard Altman (1852-1900) découvre les mitochondries

1883 : Andreas Schimper (1856-1901) découvre des plastes dans la cellule végétale

1883 : Karl Brandt décrit les Xanthelles symbiotes des coraux

1905 : Constantin Mereschkowsky (1855-1921) invente le terme symbiogénèse

1918 : Paul Portier (1866-1962) énonce la théorie des symbiotes

1919 : Auguste Lumière (1862-1954) le mythe des symbiotes

1925 : Edmund Wilson (1856-1939) déclare la théorie infondée

1937 : Hans Krebss (1900-1980) cycle biochimique d’oxydation du carbone

1950 : Melvin Calvin (1911-1997) cycle biochimique de réduction du carbone

1970 : Lynn Margulis (1938-2011) démontre l’endosymbiose des plantes

Arguments en faveur le la théorie endosymbiotique eucaryote :

• Exemples d’endosymbioses héritées nombreux

• les deux mb des plastes sont différentes : membrane interne + des thylacoïdes présentent des analogies avec les membranes bactériennes.

• Les mb mitochondriales contiennent des cardiolipides, les mb de plastes contiennent des galactolipides et sulfolipides, absents des des membranes eucaryotes mais présents dans les mb procaryotes

• => Double membrane = celle du procayote initial + celle du phagosome

• matrice et stroma contiennent de l'ADN et des ribosomes

• gènes communs mito-αprotéobactéries, plastes-cyanobactéries

• ADN du chloroplaste est circulaire et non associé à des histones # chez les bactéries,

• ADN code pour une partie des protéines chloroplastiques (organites semi autonomes),

• une partie de la synthèse de protéines chloroplastiques s'effectue dans le chloroplaste, grâce à la présence de ribosomes qui présentent des analogies avec les ribosomes bactériens,

• Respiration dans αprotéobactéries (genre Rhizobium) libres # mitochondries

• Photosynthèse dans cyanobactéries libres # chloroplastes

• Phytochromes molécules codées par le noyau mais originaires de cyanobactéries

• Synthèse de cellulose, molécules de la paroi eucaryote, est dues aux bactéries

• Les plantes possèdent 1 gène sur 10 venant de cyanobactéries

• tout plaste provient d'un plaste préexistant. Lorsque des cellules ne possèdent pas de plaste (certains cellules blanches de feuilles panachées), les cellules filles ne possèdent pas de plaste,

• la division des chloroplastes suit un rythme indépendant de la division du noyau,

comparaison de gènes de plastes et eucaryotes sur https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/geniegen2/

sélectionner les séquences "endosymbiose"

L’endosymbiose est à l’origine des mitochondries et des chloroplastes, organites contenant de l’ADN. L'évolution d'une symbiose peut conduire à la fusion des deux symbiotes en un seul individu. Une symbiose peut être héritée. C'est ainsi qu'on explique la naissance des eucaryotes dans l'histoire de la vie : la fusion de procaryotes a donné des eucaryotes, hétérotrophes sans chloroplastes, autotrophes avec des chloroplastes. L'endosymbiose avec des protéobactéries a donné les mitochondries, avec des cyanobactéries a donné les chloroplastes.

netographie

4,2/ LA COMPLEXIFICATION DES GÉNOMES PAR ÉCHANGES ENTRE ESPÈCES

Objectifs : il s’agit de comprendre ici que des mécanismes non liés à la reproduction sexuée enrichissent les génomes de tous les êtres vivants.

Liens : SVT – classe de seconde : la cellule différenciée ; les organites.

Misensit°

en VO : https://youtu.be/rdro1Eq9VMg

https://youtu.be/kP8KWVs XK3k

D’où vient le pouvoir de Spiderman ?

Les échanges de gènes relèvent-ils de la fiction ?

4,2,1/ Transferts de gènes

1/ Transferts horizontaux de gènes

• Étudier des expériences historiques mettant en évidence la transformation bactérienne.

Manuel p.64

1928 Griffits : video 2'52 : https://youtu.be/d18t2fShMdQ?si=lK6-R86-Ql8Nl3F-

1944 Avery Mc Leod Mc Carty : video 6'07 : https://youtu.be/uVfW48pUlyY?si=szqk5mwTWip-UwuT

1955 : Hershey & Chase : video 2'44 : https://youtu.be/t0Y0llOWLho?si=q4hq_5X0CHXMWWNd

Des échanges de matériel génétique, hors de la reproduction sexuée (transferts verticaux), constituent des transferts horizontaux. Ils se font par des processus variés (vecteurs viraux, conjugaison et transformation bactérienne…). Les transferts horizontaux sont très fréquents et ont des effets très importants sur l’évolution des populations et des écosystèmes.

2/ Transgénèse pour fabrique d’OGM

• Comprendre comment la connaissance des mécanismes des transferts horizontaux permet des applications biotechnologiques (notamment la production de molécules d’intérêt dans les lignées bactériennes).

Rappel de 1ères+2nde / transgénèse & OGM

voir chap 2,4,1,3

L’universalité de l’ADN et l’unicité de sa structure dans le monde vivant autorisent des échanges génétiques entre organismes non nécessairement apparentés.

3/ Traces de transferts chez l’humain

video 3' : https://www.arte.tv/fr/videos/087419-026-A/tu-mourras-moins-bete/ transfert de gènes

• Recenser des informations attestant l’existence de transferts horizontaux de gènes dans l’histoire du génome humain.

• Extraire et organiser des informations d’un arbre phylogénétique pour identifier l’importance des transferts horizontaux.

p.66-67 syncytine

TP Genigen : https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/geniegen2/

comparez les gènes des syncytines humaines et virale : chargez les séquences puis alignez puis affichez le tableau de comparaison

http://vandenschrick.free.fr/LYCEE/3TermSPE/T1/T1/Chap2/1A-7 (TP) Syncytines 2.pdf

http://m.pourcher.free.fr/2018/TermSPE/THEME1A/TP4-Complexification-genomes.pdf

http://langevin.svt.free.fr/Site_SVT/genome_TP5_files/TP5b.pdf

Les pratiques de santé humaine sont concernées par les transferts horizontaux de gènes (propagation des résistances aux antibiotiques).

CR /4 : taille séquences, tableau classé, phenogramme classé, comparaison onto/phylo

familles multigéniques, phylogénèse, ontogénèse

Évaluation

observations au microscope

Is It Alive?

text 300 words : https://learn.genetics.utah.edu/content/cells/insideacell20/ Basic Life Functions

video 7'56 : https://youtu.be/cQPVXrV0GNA?si=2h9c_3ZP9o_zezzw Life is difficult to define, but there are characteristics of life that can be explored! Join the Amoeba Sisters as they explore several characteristics of life. Click "show more" to expand video details to see table of contents & additional information. 👇 We chose not to give a numerical value for how many characteristics of life there are, because we do not want to imply that what we are listing must be a specific order, or that it cannot be expanded upon or include exceptions. Additionally, characteristics can also certainly be titled differently. Our goal is to promote thought and discussion about what it means for an organism to be alive as well as provide characteristics of life that can be explored when trying to study living things.

scale of life organisation : https://www.biologyexams4u.com/2013/02/the-characteristics-of-living-things.html

definitons & quizz : https://www.biologyonline.com/dictionary/life

game-card : https://learn.genetics.utah.edu/content/cells/alive/ : Is It Alive?

virtual scale : https://learn.genetics.utah.edu/content/cells/scale/ : Cell Size and Scale

T. rex had lips, upending its enduring pop culture image

Whether carnivorous dinosaurs had lips has long been the stuff of palaeo-debate. A new study finds evidence that flesh covered the predators’ teeth.

By Riley Black

Published 31 Mar 2023, 14:55 BST

The fearsome jaws of Tyrannosaurus are famous. In museum halls, palaeo art, and even feature films such as Jurassic Park, the Cretaceous carnivore has traditionally been depicted with banana-size fangs and a sinister grin. But palaeontologists have now discovered that the living animal did not have a sharp-toothed smirk—T. rex, as well as many other carnivorous dinosaurs, had lips.

Reported today in Science, a multi-institution team of palaeontologists propose that carnivorous dinosaurs like T. rex and Allosaurus had fleshy lips covering their teeth, much as modern-day lizards do. The hypothesis will likely alter both the public image of dinosaurs as well as how palaeontologists study the ways these terrible lizards fed.

The new research got its start as discussions between co-authors Thomas Cullen, Kirstin Brink, and Derek Larson while all three were graduate students at the University of Toronto. Each had developed different expertise on dinosaurs and their anatomy, which began to meld together into tangible evidence for how dinosaurs like T. rex would have looked. (Read how billions of T. rex likely roamed Earth.)

Whether or not dinosaurs had lips has been a matter of debate among dinosaur fans and some experts for years. The arguments have often centered on whether the addition of lips, like fluffy body coverings, made dinosaurs less impressive and frightening to their adoring fans than the traditional, toothy renditions, and what evidence might justify such a change. The new study finally offers some tangible evidence to resolve the issue, moving beyond aesthetics to the biology of the extinct animals.

“There is a lot of interpretation in palaeo art. It’s nice to offer some scientific data to back it up,” says Brink, now a palaeontologist at the University of Manitoba.

286 words

https://www.nationalgeographic.co.uk/science-and-technology/2023/03/t-rex-had-lips-upending-its-enduring-pop-culture-image

4/ Familles multigéniques

phylogenese des globines : rendre un compte rendu écrit

• TP Genigen : https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/geniegen2/

1. Chargez les gènes des globines. Quelle taille a chaque séquence ?

2. Choisir HBA comme référence en cliquant sur la flèche. Aligner les séquences (AltA : le logiciel compare chaque séquence à celle de référence et met en face toutes le portions identiques, pour mettre en évidence toutes les différences). Afficher le tableau de comparaison (AltT : le logiciel calcule le % d'identité entre chaque séquence et donne une matrice). Classez les différentes globines dans les séquences chargées en fonction de leur % similitude / différence. Recopiez le tableau classé.

3. Afficher, vérifiez puis Recopiez le phénogramme (AltP : le logiciel calcule la phylogénèse des molécules en fonction de leur pourcentage de similitude, homologie)

4. Comparez le phénogramme (phylogénèse) avec l'ordre d'appartion des globines dans l'embryogénèse (ontogénèse).

Chez les mammifères, 4 globines s'associent pour former l'hémoglobine, 2 sous-unités de deux types différents . Les gènes fonctionnels ne sont pas les même au cours de la vie. Les chaînes α et ξ ont une séquence primaire très ressemblante de 141 aminoacides. Les chaînes β, ε, δ et γ sont également très ressemblantes. Il y a 10 acides aminés différents entre β et δ (sur 146) et 37 entre β et γ. La myoglobine diffère des sous-unités alpha et bêta de l'hémoglobine, plus que celles-ci ne diffèrent l'une de l'autre, ce qui indique que la myoglobine a divergé avant l'apparition des gènes a et b. Tous les Vertébrés, à l'exception des Agnathes (lamproie), ayant deux gènes de globine (alpha et bêta) et les plus anciens poissons étant datés d'environ 450 Ma alors que les premiers Vertébrés sont apparus il y a environ 550 Ma, on en déduit que la première duplication a dû avoir lieu entre ces deux dates.

2/ Microscopie photonique

Réaliser et observer des préparations microscopiques montrant des cellules animales ou végétales.

? Réaliser 1 dessin d'observation au microscope, légendez, titrez

cellule, membrane, cytoplasme, noyau, organites

compte-rendu = Dessin d'observation

critères évaluation d'un dessin en SVT :

Dessin :

• papier blanc, crayon,

• orientation, taille,

• netteté, finesse,

• fidélité // modèle.

Légende :

• position,

• traits droits, flèches,

• légende : paroi-membrane-cytoplasme

• légende : noyau, (vacuole, chloroplastes)

Titre :

• organisme observé, : Alium cepa

• organe (coupe CL ou CT), ou tissus : épiderme

• mode d’observation, coloration : microscope photonique (optique) + éosine

• grossissement : x400 à 600

3/ phénétique et génétique

Mettre en relation la ressemblance génétique entre les espèces de primates et leur degré de parenté.

Manuel p.225

Une classification phénétique ou classification numérique est une méthode d'établissement des relations de parenté basée sur le nombre de caractères communs (d’acides aminés ou de nucléotides) partagés par des molécules (protéines ou acides nucléiques), indépendamment de toute notion d'homologie anatomique, plus ce nombre de caractères communs est important et plus l'ancêtre commun est récent. Les relations de parenté sont souvent précisées à partir d'une matrice des distances.

La matrice taxons-caractères contient une information phylogénétique (partage d'états dérivés des caractères) dont une partie est perdue lors du remplacement de la matrice taxons-caractères par une matrice de distances. Même si la matrice taxons-caractères permet une reconstitution phylogénétique correcte, le traitement phénétique de la même information de départ peut conduire à une phylogénie erronée, du fait de cette perte d'information. Les deux méthodes ne sont donc pas équivalentes. Le remplacement de l'information de la matrice taxons-caractères par une matrice de distance est de même nature : les distances résument les distributions des états de caractères de façon incomplète. Autant, à partir de la matrice taxons-caractères, on peut construire la matrice de distances, autant remonter de la matrice de distances à la matrice taxons-caractères est mission impossible. Il y a eu perte d'information, lors du passage de la matrice taxons-caractères à la matrice de distances. Si l'on dispose d'une distribution (par exemple un histogramme des notes à un devoir), on peut résumer cette distribution par une moyenne (la note moyenne au devoir). Mais si l'on vous donne la moyenne, il n'y a aucun moyen de remonter à la distribution : il y a une multitude de distributions des notes qui donnent la même moyenne. Il y a une perte d'information lors du passage de la distribution complète à la moyenne.

2/ Les mutations transforment le génôme

En fonction du nombre de cellules de l’organisme humain, estimer le nombre théorique de mutations (connaissant le nombre moyen de mutations à chaque division cellulaire) qui surviennent dans l’organisme humain, lors de son développement.

Extraire et organiser des informations sur les mutations et leurs effets phénotypiques, notamment sur un site régulateur de l’expression d’un gène.

Recenser et comparer des séquences d’ADN sur des trios père / mère / enfant permettant d’analyser la présence de mutations nouvelles.

• Répondre aux 3 questions Manuel p.20-21:

1. pourquoi le phénomène de mutation bien que peu fréquent n'a rien d'exceptionnel ?

2. estimez le nombre théorique de mutations chez un humain au cours d'une vie

3. montrez que certains clones résultent de mutations tardives, d'autres précoces, envisagez les conséquences

l’étude des génômes de trios (un enfant et ses deux parents) met en évidence des variations de séquences nucléotidiques chez l’enfant. Elles sont le résultat de mutation dites « de novo » apparues le plus souvent dans l’une des cellules à l’origine des gamètes des parents. Les résultats ci dessous ont été obtenus grâce à l’étude de 10 trios.

Types de mutations	Nb / génôme	Fréquence estimée
Substitutions	8 370 000	1,27.10-8 / nucléotide / génération
Insertions ou délétions	1 240 000	1,5.10-9 / nucléotide / génération
Mutations d’un grand nombre de nucléotides	232 000	Non calculée

• 4. Sachant qu’une cellule humaine comporte 3 Gpb par lot de chromosomes, calculez le nombre de mutations « de novo » attendues chez un nouveau né comparé à ses parents

réponses :

1/ les mutations sont peu fréquentes : 1/1 000 000 000 = 10^-9 nucléotides copiés environ sans tenir compte du système de réparation ; mais/ pas exceptionnelles vu la taille du génôme humain : 6 000 000 000 b (bases) x 10¹⁷ divisions cellulaires dans une vie humaine. Les mutations sont effecivement peu fréquentes : le taux d’erreur de réplication de l’ADN (source principale de mutation) est estimé à 1 pour 1 milliard de nucléotides copiés environ. Il s’agit d’un ordre de grandeur : ce taux, qui tient compte des systèmes de correction des erreurs, est très variable suivant les organismes (différences de fiabilité des ADN polymérases). Cependant, les mutations ne sont pas exceptionnelles car la taille d’un génome est en général importante (environ six milliards de paires de nucléotides pour le génome humain). De plus, le nombre de divisions cellulaires, et donc le nombre de réplications préalables, est énorme (1017 dans une vie humaine).

2/ nb théorique de mutations (doc.2) = proba de modif d'un nucléot x nd de divisions x nb de nuclotides :

10^-9 x 10¹⁷ x 6,4.10⁹ = 6,4.10¹⁷

si on tient compte du nombre de cellules del'organisme : 10¹² à 10¹⁴ => 6,4.10¹⁷ x 10¹² à 10¹⁴ = 6,4.10²⁹ à 6,4.10³¹

3/ les mutations précoces sont conservées dans de nombreuses cellules qui leur sont issues alors que les mutations tardives sont répandues dans un moins gd nb de clones / les mutations des gamètes apportent une diversité. Ces mutations se produisant tout au long d’une vie et restant présentes chez les cellules issues de la cellule initialement mutée, les mutations précoces (survenues pendant les premières divisions de la cellule-oeuf) sont présentes dans une grande proportion des cellules composant l’individu, alors que les mutations tardives ne sont présentes que dans de petits sous-clones cellulaires.

4/ mutations « de novo » attendues chez un nouveau né :

3.10⁹ x 1,27.10^-8 = 3 x 12,7 = 38,1 substitutions

+ 3.10⁹ x 1,5.10^-9 = 3 x 1,5 = 4,5 addition ou délétion

En l’absence d’échanges génétiques avec l’extérieur, la diversité génétique dans un clone résulte de l’accumulation de mutations successives dans les différentes cellules.

Tout accident génétique irréversible (perte de gène par exemple) devient pérenne pour toute la lignée (sous-clone) qui dérive du mutant.

3/ Trois mécanismes modifient les génômes

Quand le flamenco fait danser les éléments transposables : lecture d’un article vraiment scientifique

• recopier les mots à expliquer

• faites un schéma avec les gènes et les différents liens entre eux

Transposons ou éléments génétiques transposables, présents chez tous les organismes, ont la capacité de se déplacer, de s'exciser, de s'insérer d'un endroit à un autre du génome. Ils sont souvent à l'origine de réarrangements chromosomiques (translocations, inversions...).

Une mutation est une modification de la séquence de l'ADN, donc une modification de l'information génétique dans le génome d'une cellule ou d'un virus.

La réplication, ou duplication, est le processus au cours duquel l'ADN est synthétisé grâce à l'ADN polymérase. Ce mécanisme permet d'obtenir, à partir d'une molécule d'ADN, deux molécules identiques à la molécule initiale.

La duplication est le doublement du matériel génétique sur un chromosome. Il existe plusieurs mécanismes qui résultent à la duplication soit d'une large portion chromosomique, soit d'un gène ou bien d'une suite nucléotidique.

On estime qu’au-delà de 20 % de ressemblances, deux gènes appartiennent à la même famille. Ces gènes résultent aussi de duplications d'un gène ancestral et forment une famille multigénique. Exemple : les gènes de la globine :

3 mécanismes, souvent sources de troubles, aussi parfois sources de diversification du vivant :

transposition + duplication + mutation

https://sujets.examens-concours.gouv.fr/delos/public/bgt/ece_svt