A3 : Transgénèse naturelle entre virus et eucaryotes

Échange de gènes entre une microalgue et un virus géant : http://www2.cnrs.fr/presse/communique/1648.htm

Transgénèse
Transfert viral
plasmide bactérien
transferts horizontaux (par opp° à verticale = rep sexuée) de gènes

autres exemples de transferts horizontaux de gènes :

• Les ascidies dont la paroi contient de la cellulose
• Les Gènes Volants : mise en évidence de la dissémination à grande échelle des éléments transposables par transferts horizontaux chez les plantes

A4 : Histoire de la domestication du blé

http://www.biblio.univ-evry.fr/theses/2009/2009EVRY0023.pdf ; https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=5&cad=rja&ved=0CGIQFjAE&url=http%3A%2F%2Fwww.ens.univ-evry.fr%2Fdokeos%2Fcourses%2FCOURS_455%2Fdocument%2FCours%2FPolyploidisation_et_evolution_des_genomes_polyploidessept09.ppt&ei=_YvYUMLBCsO40QX5nYGYCA&usg=AFQjCNF4wRPoP2X4dAUPdmHHy24GgMlgBg&sig2=kTkQHdr-ym9DVnKscIyDPw

Blé : des réarrangements chromosomiques que l'on croyait impossibles : http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/vie-1/d/ble-des-rearrangements-chromosomiques-que-lon-croyait-impossibles_5948/

Hybridation et polyploïdisation

Bilan : Évolution génétique des individus

L'association des mutations et du brassage génétique au cours de la méiose et de la fécondation ne suffit pas à expliquer la totalité de la diversification génétique des êtres vivants. D'autres mécanismes de diversification des génomes existent : hybridations suivies de polyploïdisation, transfert de gène (transgénèse) 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.
Mots clefs : homologies de séquences, mutations, brassage génétique, méiose, fécondation, hybridations, polyploïdisation, transfert viral, développement, variations intensité + chronologie d'expression des gènes

2,2,2/ diversifications non génétiques

A1 : un exemple de symbiose / parasitisme

tique et Lyme : http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actualite-tiques-et-bacteries-de-lyme-un-benefice-reciproque-32073.php

symbiose = terme signifiant « vivre ensemble », association à bénéfice réciproque. Association étroite de deux ou plusieurs organismes différents, mutuellement bénéfique, voire indispensable à leur survie.

parasitisme = Vivre, se nourrir, se reproduire au dépens d'autrui. Se dit d’un organisme qui se nourrit aux dépens d'un organisme hôte d'une espèce différente, de façon permanente ou pendant une phase de son cycle vital.

commensalisme (du latin cum-, « avec » et mensa, « table », par exemple « compagnon de table » ou « manger à la même table ») est un type d’interaction biologique naturelle et fréquente ou systématique entre deux êtres vivants dans laquelle l'hôte fournit une partie de sa propre nourriture au commensal qui ne lui nuit et ne le dérange pas comme dans le parasitisme ; il n’obtient en revanche aucune contrepartie évidente de ce dernier

2.3 - Une conversion biologique de l’énergie solaire : la photosynthèse

L’utilisation par la photosynthèse d’une infime partie de l’énergie solaire reçue par la planète fournit l’énergie nécessaire à l’ensemble des êtres vivants (à l’exception de certains milieux très spécifiques).

1/ Comparaison d’images satellitales / site NASA

Serveur d’images satellitales de la Nasa : site NEO (Nasa Earth Observations) : http://neo.sci.gsfc.nasa.gov/

SIG = système d'information géographique

Banque Fluxnet : http://cdiac.esd.ornl.gov/programs/ameriflux/data_system/aamer.html#BorNSAOBS

Fiches techniques d'utilisation des banques d'images : http://www.svt.ac-versailles.fr/spip.php?article66

Concentration océaniques en chlorophylle : http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/cgi/l3

la carte de la concentration en phosphate des eaux de surface donne une bonne idée des aires fertiles : ftp://ftp.nodc.noaa.gov/pub/WOA09F/phosphate/JPEG/p_0_0_1_hr.jpg

Carte de la productivité planctonique mondiale mesurée par satellite (moyenne établie sur une année) : http://www.mnhn.fr/mnhn/geo/radiolaires/productivite.html

plancton : http://www.plancton-du-monde.org/fr/decouvrir-le-plancton/le-zooplancton.html

Calculs de productivité primaire : http://www.ecosociosystemes.fr/productivite_primaire.html

§ Comment les images satellitales sont-elles construites ?

http://eduscol.education.fr/obter/principe/radiom/radiom4.htm

http://hoolock.free.fr/tpradio.htm

http://www.futura-sciences.com/fr/definition/t/univers-1/d/albedo_1023/

Recenser, extraire et organiser des informations pour prendre conscience de l’importance planétaire de la photosynthèse.

À l’échelle de la planète, les organismes chlorophylliens utilisent pour la photosynthèse environ 0,1% de la puissance solaire totale disponible.

La photosynthèse permet l’entrée dans la biosphère de matière minérale stockant de l’énergie sous forme chimique. Ces molécules peuvent être transformées par respiration ou fermentation pour libérer l’énergie nécessaire au fonctionnement des êtres vivants.

DS

1,2,3/ Bilan métabolique cellulaire

1/ Mesures ExAo sur organites

organites : mitochondries

2/ Les acteurs du métabolisme

Enzymes, organites

 Schématiser des flux de matière et d’énergie au sein d’un organisme, entre les organismes et avec le milieu.

Une voie métabolique est une succession de réactions biochimiques transformant une réaction en une autre. Celui-ci dépend de l’équipement spécialisé de chaque cellule (organites, macromolécules dont les enzymes). Les êtres vivants échangent de la matière et de l’énergie avec leur environnement (milieu, autre organisme). Les voies métaboliques sont interconnectées par les molécules intermédiaires des métabolismes.

B/Le métabolisme des cellules

 Expérimenter des réactions du métabolisme pour les caractériser.

 Mettre en oeuvre des expériences pour identifier les substrats et produits du métabolisme.

 Schématiser des flux de matière et d’énergie au sein d’un organisme, entre les organismes et avec le milieu.

métabolisme, autotrophe, hétérotrophe, organites, enzymes. Photosynthèse

Pour assurer les besoins fonctionnels d’une cellule, de nombreuses transformations biochimiques s’y déroulent : elles constituent son métabolisme. Une voie métabolique est une succession de réactions biochimiques transformant une réaction en une autre. Celui-ci dépend de l’équipement spécialisé de chaque cellule (organites, macromolécules dont les enzymes). Les êtres vivants échangent de la matière et de l’énergie avec leur environnement (milieu, autre organisme). Les voies métaboliques sont interconnectées par les molécules intermédiaires des métabolismes.

Bilan : Le brassage génétique et sa contribution à la diversité génétique / évolution des génômes

Des anomalies au cours de la méiose peuvent survenir. 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 [polysomie]. Ces mécanismes, souvent sources de troubles, sont aussi parfois sources de diversification du vivant (par exemple à l'origine des familles multigéniques).
Mots clefs : Brassage génétique inter et intrachromosomique au cours de la méiose. Diversité des gamètes. Stabilité des caryotypes.

Lexiques :

http://www.cnrs.fr/cnrs-images/sciencesdelavieaulycee/lexique.htm ;

http://www.premiumwanadoo.com/renard/revisions/SVT/lexBio.htm

http://www.lyc-mansart-st-cyr.ac-versailles.fr/disciplines/SVT/lexBio.htm

C/ Poursuivre

La recombinaison des chromosomes : un jeu de l'amour et du hasard sous contrôle : http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/genetique-1/d/la-recombinaison-des-chromosomes-un-jeu-de-lamour-et-du-hasard-sous-controle_68/

petit jeu génétique sur famille : http://departement.cegepstfe.ca/sciences/lduchesne/101nya/labos/lab_genetique_lignage/sampson.htm

§ Comment les êtres vivants se sont-ils diversifiés au cours de l'évolution ?

2,2/ L'évolution des individus / diversification du vivant

Il s'agit ici de donner une idée de l'existence de la diversité des processus impliqués, sans chercher une étude exhaustive. En outre, nous montrerons qu'une diversification des êtres vivants n'est pas toujours liée à une diversification génétique. La variété des mécanismes de diversification à l'oeuvre et l'apport de la connaissance des mécanismes du développement ont permis de faire des progrès dans la compréhension des mécanismes évolutifs.

2,2,1/ diversifications génétiques

A1 : Comparaison de gènes homéotiques / Anagène

ouvrir le logiciel Anagène – dossier « boxthm » ou « TerminalesS » - ouvrir les fichiers ADN des gènes homéotiques B4 eucaryotes (dossier Relation/Parenté/TS)

comparer les séquences - prendre les informations « i » pour avoir les % d'identité – construire un tableau des identités, appelé matrice en phylogénèse.

Produire un compte-rendu informatique avec

- introduction : le problème

- matériel & méthodes : séquences de gènes homéotiques comparées

- résultats : matrice d’identités ou de différences de gènes

- conclusion : réponse au pb de départ

Les gènes homéotiques : http://acces.ens-lyon.fr/biotic/develop/controle/html/leguyader.htm

http://www.inrp.fr/Acces/biotic/develop/controle/html/histgen.htm et http://www.inrp.fr/Acces/biotic/develop/controle/html/phenmut.htm

gènes homéotiques : http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/GeneHomeo/genhomeo.html

différents mutants homéotiques : http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/ATP/gen-dros.htm

Développement embryonnaire et gènes sélecteurs : http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/homeotique/index.html

Découverte des gènes contrôlant le développement des membres : http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/vie-1/d/decouverte-des-genes-controlant-le-developpement-des-membres_9931/

Ces gènes qui façonnent la forme des animaux : http://www.futura-sciences.com/magazines/sante/infos/dossiers/d/genetique-ces-genes-faconnent-forme-animaux-555/

homeobox : http://www.biosci.ki.se/groups/tbu/homeo.html

http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/spip.php?article1127

http://videotheque.cnrs.fr/video.php?urlaction=visualisation&method=QT&action=visu&id=2248&type=grandPublic

Gènes de développement = architectes dont font partie les gènes homéotiques,
homologies moléculaires de séquences + de structure + de fonction

autres exemples :

• Modification des gènes hox et disparition des membres chez les serpents
• Implication du gène HoxD13 pour la formation de la nageoire chez le poisson et pour la formation du membre antérieur chez les mammifères

• l'aile de la chauve souris : http://svtcharlie.free.fr/ts/ChauveSouris/index.html ; http://acces.ens-lyon.fr/evolution/evolution/accompagnement-pedagogique/accompagnement-au-lycee/terminale-2012/diversification-genetique-des-etres-vivants/genes-du-developpement-et-evolution-morphologique/chauve-souris ;

A2 : Découverte des membracides

Modification des gènes de développement et apparition d’une troisième paire d’ailes chez les membracidés : http://www2.cnrs.fr/presse/communique/2173.htm

qlq photos : http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/p/photo-l-exuberance-des-membracides-1-2-26995.php ; http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/p/photo-l-exuberance-des-membracides-2-2-26990.php

Les insectes qui ont inventé une troisième paire d’ailes : http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/zoologie/d/les-insectes-qui-ont-invente-une-troisieme-paire-dailes_29995/

Une troisième paire d’aile découverte chez certains insectes  : http://www.maxisciences.com/insecte/une-troisieme-paire-d-aile-decouverte-chez-certains-insectes_art14451.html

Des insectes à 3 paires d'ailes : http://www2.cnrs.fr/presse/communique/2173.htm

Body plan innovation in treehoppers through the evolution of an extra wing-like appendage : http://www.nature.com/nature/journal/v473/n7345/abs/nature09977.html

Membracidés : un nouveau plan d'organisation chez les insectes : http://www.pedagogie.ac-nantes.fr/35540154/0/fiche___ressourcepedagogique/&RH=1160729734281

la Famille des Membracides: http://aramel.free.fr/INSECTES10-8'.shtml

Les premiers insectes à six ailes : http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actu-les-premiers-insectes-a-six-ailes-26985.php

L'exubérance des membracides : http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/p/photo-l-exuberance-des-membracides-1-2-26995.php

chronologie et intensité d'expression d'un gène

à lire pour le prochain cours :

A3 : Transgénèse naturelle entre virus et eucaryotes

TP noté : Comparez les genes homéotiques de différents eucaryotes
ouvrir le logiciel Anagène
dossier TS -> Parenté...->Relation..-.>Eucaryotes...->Gènes homéotiques -> B4
fichiers «.adn » des gènes homéotiques « boxB4 » et « boxAntp »
comparer les séquences de différents animaux
prendre les informations « i »
construire une matrice d'identités
produire un compte-rendu :
- introduction contenant le problème
- matériel & méthodes avec une image des séquences comparées
- résultats avec matrice d’identités ou de différences de gènes
- conclusion : réponse au pb de départ

FT : logiciels banques de séquences moléculaires

On dispose de plusieurs logiciels pour le traitement des séquences des gènes :

- SeqaidII : ce logiciel gratuit est déjà assez ancien ; il comporte néanmoins de multiples fonctions d'analyse, de conversion et de comparaison des séquences : http://www.inrp.fr/Acces/biogeo//genemol/seqaid.htm ; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC321006/

- Anagène : logiciel sous windows diffusé par le CNDP. Version de démonstration téléchargeable.

- Genigen

A4 : Comparaison des gènes des globines / logiciel Anagène

Ouvrir le logiciel Anagène

• Ouvrir les fichiers « béta », « alpha 1 », « gammaA » et « delta » des « gènes de globines »
• Sélectionner « béta » comme séquence de référence
• Réaliser une « comparaison avec discontinuité » avec « alpha 1 », « gammaA » et « delta ».
• Afficher le pourcentage d’identité des différentes globines (bouton « i »)
• Recommencer en choisissant une autre globine comme référence.
• Présenter vos résultats dans un tableau à double entrée

Qd vous avez fini :

• Comparez les genes homéotiques de différents eucaryotes : comparer les séquences « .adn » des gènes homéotiques « boxB4 » et « boxAntp » - prendre les informations « i » pour avoir les % d'identité – construire un tableau des identités, appelé matrice en phylogénèse.
• Comparez les genes des opsines

→ matrice [tableau] des différences ou des identités

selon choix de comparaison simple ou avec discontinuité sous Anagène :

Tableau de comparaison des identités des globines obtenu par alignements avec discontinuité :

% identités	Béta	Alpha1	Delta	GammaA
Béta	100	59.4	92.6	75.9
Alpha1		100	59.7	58.3
Delta			100	76.1
GammaA				100

Tableau de comparaison des différences des globines obtenu avec comparaison simple :

% différences	Béta	Alpha1	Delta	GammaA
Béta	0	40,6	7.4	24.1
Alpha1	68.9	0	70.0	70.7
Delta	7	69.0	0	23.9
GammaA	24.1	69.7	23.9	0

→ groupes emboîtés

4/ Expérience de Meselson & Staal

- Exploiter les informations d’une expérience historique ayant permis de montrer que la réplication est un mécanisme semi-conservatif.

- Utiliser des logiciels ou analyser des documents permettant de comprendre le mécanisme de réplication semi-conservative.

réplication semi conservative

Au cours de la phase S, l’ADN subit la réplication semi-conservative. Il s’agit de la formation de deux copies qui, en observant les règles d’appariement des bases, conservent chacune la séquence des nucléotides de la molécule initiale. Ainsi, les deux cellules provenant par mitose d'une cellule initiale possèdent exactement la même information génétique.

5/ Schématisation d’un cycle cellulaire

http://www.biologieenflash.net/sommaire.html

À chaque cycle de division cellulaire, chaque chromosome est dupliqué et donne un chromosome à deux chromatides, chacune transmise à une des deux cellules obtenues. C’est la base de la reproduction conforme.

6/ Calculs d’espace

- Calculer la longueur totale d’une molécule d’ADN dans un chromosome et de l’ensemble de l’ADN d’une cellule humaine ; comparer avec le diamètre d’une cellule. Calculer la longueur d’ADN de l’ensemble des cellules humaines.

7/ Calculs de temps

- Calculer la vitesse et la durée de réplication chez une bactérie (E. coli) et chez un eucaryote.

- Concevoir et/ou réaliser une réaction de PCR (amplification en chaîne par polymérase) en déterminant la durée de chaque étape du cycle de PCR. Calculer le nombre de copies obtenues après chaque cycle.

Bilan/ les divisions cellulaires eucaryotes & la réplication

Connaissances

• Les chromosomes sont des structures universelles aux cellules eucaryotes (organismes dont les cellules ont un noyau). À chaque cycle de division cellulaire, chaque chromosome est dupliqué et donne un chromosome à deux chromatides, chacune transmise à une des deux cellules obtenues. C’est la base de la reproduction conforme. Chez les eucaryotes, les chromosomes subissent une alternance de condensation-décondensation au cours du cycle cellulaire.
• La division cellulaire mitotique est une reproduction conforme. Toutes les caractéristiques du caryotype de la cellule parentale (nombre et morphologie des chromosomes) sont conservées dans les deux cellules filles.
• La méiose conduit à quatre cellules haploïdes, qui ont, chacune, la moitié des chromosomes de la cellule diploïde initiale.
• Notions fondamentales : diploïde, haploïde, méiose, phases du cycle cellulaire eucaryote : G1, S (synthèse d'ADN), G2, mitose (division cellulaire), fuseau mitotique ou méiotique.

• Chaque chromatide est constituée d'une longue molécule d'ADN associée à des protéines structurantes.
• Au cours de la phase S, l’ADN subit la réplication semi-conservative. Il s’agit de la formation de deux copies qui, en observant les règles d’appariement des bases, conservent chacune la séquence des nucléotides de la molécule initiale. Ainsi, les deux cellules provenant par mitose d'une cellule initiale possèdent exactement la même information génétique. La succession de mitoses produit un ensemble de cellules, toutes génétiquement identiques que l’on appelle un clone.
• Notions fondamentales : réplication semi conservative, ADN polymérase, clone.
• Objectifs : savoir comment relier l'échelle cellulaire (mitose, chromosomes) à l'échelle moléculaire (ADN).

Capacités

- Présenter une démarche historique sur l’identification ou la composition chimique des chromosomes.

- Calculer la longueur totale d’une molécule d’ADN dans un chromosome et de l’ensemble de l’ADN d’une cellule humaine ; comparer avec le diamètre d’une cellule. Calculer la longueur d’ADN de l’ensemble des cellules humaines.

- Exploiter les informations d’une expérience historique ayant permis de montrer que la réplication est un mécanisme semi-conservatif.

- Utiliser des logiciels ou analyser des documents permettant de comprendre le mécanisme de réplication semi-conservative.

- Observer des images montrant des molécules d'ADN en cours de réplication.

- Calculer la vitesse et la durée de réplication chez une bactérie (E. coli) et chez un eucaryote.

- Concevoir et/ou réaliser une réaction de PCR (amplification en chaîne par polymérase) en déterminant la durée de chaque étape du cycle de PCR. Calculer le nombre de copies obtenues après chaque cycle.

- Réaliser et observer des préparations au microscope de cellules eucaryotes en cours de division, colorées de manière à faire apparaître les chromosomes.

- À partir d’images, réaliser des caryotypes à l’aide d’un logiciel et les analyser.

- Recenser, extraire et exploiter des informations permettant de caractériser les phases d'un cycle cellulaire eucaryote.

Précisions : le fuseau mitotique est évoqué mais une étude exhaustive n’est pas attendue. L’étude exhaustive des anomalies caryotypiques (aneuploïdies) n’est pas attendue. Les brassages génétiques inter et intra chromosomique sont étudiés en classe terminale.

Précisions : les points suivants sont hors programme : machinerie enzymatique de synthèse des nucléotides et de réplication semi-conservative. Le détail des constituants des chromatides autre que l'ADN n’est pas attendu.

EV/test