Mécanismes	génétiques	à	
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Exemple	1	– Modifications	phénotypiques	chez	les	épinoches
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• Analyse	génétique
Exemple	1	– Modifications	phénotypiques	chez	les	épinoches
Croisement entre formes parentales marine
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Exemple	2	– Absence	de	pattes	chez	les	serpents
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Exemple	2	– Absence	de	pattes	chez	les	serpents
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Principe	de	l’hybridation	in-situ	(H.I.S)
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régulation de l'expression de gènes du développement - expression , intensité, localisation. épinoche, bec des pinsons, absence de pattes chez les serpents

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  1. 1. Mécanismes génétiques à l’origine de la diversification des êtres vivants TS_T2_TP5
  2. 2. Exemple 1 – Modifications phénotypiques chez les épinoches Epinoche marin Epinoche lacustre Cresko, W.A., et al. 2004 Parallel genetic basis for repeated evolution of armor loss in Alaskan threespine stickleback populations. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 101:6050-6055, Fig. 4, p. 6053 Comparaison : La comparaison des épinoches montre la réduction très nette des plaques osseuses sur les flancs et l’absence d’épines pelviennes chez les épinoches lacustres. Comme celles-ci peuplant les lacs actuellement proviennent de populations d’épinoches marines ayant peuplé les lacs formés à la suite de la fonte de la calotte glaciaire, cela traduit une évolution phénotypique des épinoches lacustres en une dizaine de milliers d’années.
  3. 3. • Analyse génétique Exemple 1 – Modifications phénotypiques chez les épinoches Croisement entre formes parentales marine et lacustre, phénotype des hybrides F1 et génération F2 obtenues par croisement entre hybrides F1.
  4. 4. • Expression du gène Pitx1 au cours di développement des épinoches • Par la méthode d’hybridation in situ, les biologistes ont recherché les endroits de l’organisme où on peut détecter la présence d’ARNm du gène Pitx1 au cours du développement. Ces territoires sont colorés en bleu avec la méthode utilisée. Exemple 1 – Modifications phénotypiques chez les épinoches En haut, embryon d'épinoche marine ; en bas embryon d'épinoche lacustre. A gauche région de la tête grossie. Pect = nageoire pectorale Genetic and developmental basis of evolutionary pelvic reduction in threespine sticklebacks. Michael D. Shapiro1 et ali. Nature 428, 717-723.
  5. 5. • Mutation d’une séquence régulatrice du gène Pitx1 dans les nageoires • Pour détecter si des changements dans une séquence régulatrice pouvaient être à l’origine du changement morphologique, ils ont réalisé une expérience de transgénèse. Ils ont injecté dans des œufs d’épinoches lacustres, une construction génétique comprenant la région régulatrice « pel » des épinoches marines, la région promotrice et le gène Pitx1. La figure ci-après indique les résultats obtenus. • A : Epinoche juvénile transgénique. B : épinoche juvénile lacustra. C et D : gros plan sur la région pelvienne de ces épinoches. Exemple 1 – Modifications phénotypiques chez les épinoches Adaptive Evolution of Pelvic Reduction in Sticklebacks by Recurrent Deletion of a Pitx1 Enhancer. Yingguang Frank Chan et ali. Science, 327, 2010, 302-305
  6. 6. Exemple 2 – Absence de pattes chez les serpents Chez les vertébrés possédant des membres, comme le poulet, ceux-ci se développent en avant et en arrière d’une zone délimitée par l’expression des gènes Hox-C6 et Hox-C8. On a comparé l’expression de ces deux gènes homéotique chez les serpents et chez le poulet. Les résultats sont présentés ci-dessous
  7. 7. Exemple 2 – Absence de pattes chez les serpents Travaux de Moisés Mallo de l’Instituto Gulbenkian de Ciência (Portugal) : En haut, un squelette normal de souris vu par radiographie. En bas, le squelette d’une souris dont les gènes Hox6 ont été activés dans les zones normalement sans côtes. Le résultat est spectaculaire : des côtes depuis la région du cou jusqu’au bassin, à la manière d’un squelette de serpent...
  8. 8. Exemple 3 – les variations de forme du bec des pinsons ! En 2004, une équipe de l’université de Harvard a analysé l’expression de l’ARNm du gène Bmp4 (présent chez de nombreuses espèces d’animaux) dans la région de l’embryon à l’origine du bec. L’ARNm est détecté grâce à un marquage produisant une coloration noire sur des coupes de tissu observées au microscope optique. Les résultats de leurs recherches sont présentés ci-contre : -A : phylogénie de six espèces de pinsons appartenant au genre Geospiza et forme de leur bec. -B : développement embryonnaire du bec (stade 26 = 4,5 jours) avec mise en évidence de l’expression du gène Bmp4 -C : Développement embryonnaire du bec (stade 29 = 5,5 jours) avec mise en évidence de l’expression du gène Bmp4. L’intensité de la couleur traduit l’intensité de l’expression du gène.
  9. 9. Exemple 3 – les variations de forme du bec des pinsons ! Modification expérimentale de l'expression du gène Bmp4 chez des embryons de poulet de 10 jours
  10. 10. Principe de l’hybridation in-situ (H.I.S) • RAPPEL : L'expression des gènes L’H.I.S est très utile pour détecter si un gène particulier est exprimé, c’est-à-dire s’il y a transcription. • En effet ; si on observe la production d’ARN messager(noté ARNm) le gène est exprimé ; il est donc « actif » dans la cellule. • RAPPEL : -La transcription est la synthèse de l’ARNm à partir d’une matrice d’ADN, donc sous la direction de ce dernier. Un brin d’ARNm complémentaire au brin d’ADN codant comme matrice va alors être synthétisé. - La traduction est la synthèse d’une protéine (polymère d’acides aminés) à partir de l’ARNm. La cellule doit traduire la séquence de bases d’une molécule d’ARNm en une séquence d’acides aminés appartenant à un polypeptide (voir Figure 1).
  11. 11. Principe de l’hybridation in-situ (H.I.S)
  12. 12. • On peut vérifier si un ARNm est produit en utilisant la technique de l’hybridation in situ. • Pour ce faire, on utilise une sonde d’ADN ou d’ARN complémentaire à une séquence de l’ARNm recherché ; • c’est-à-dire une courte séquence d’acides nucléiques(un acide nucléique se compose d’un sucre, d’un • groupement phosphate et d’une base azotée). • La sonde se lie alors à l’ARNm correspondant par hybridation et comme la sonde est marquée avec un colorant cela permet de localiser l’ARNm dans le tissu (voir Figure 2). Cette technique démontre la présence de l’ARNm, celui-ci a été produit par la cellule. On peut alors parler de « gène exprimé » car le gène est actif : • il y a eu transcription. Principe de l’hybridation in-situ (H.I.S)
  13. 13. Principe de l’hybridation in-situ (H.I.S)
  14. 14. Notion de facteur de transcription et de séquence régulatrice Un gène, outre sa séquence transcrite avec ses exons et introns, comprend une ou plusieurs séquences dites cis-régulatrices qui contrôlent son expression. Ce sont des séquences de plusieurs centaines de paires de nucléotides généralement, situées à des distances variables de la séquence transcrite sur la même molécule d’ADN. De manière complexe elles interviennent sur l’efficacité avec laquelle l’ARN polymérase débute la transcription au niveau du site d’initiation. Des mutations d’une séquence régulatrice d’un gènepeuvent affecter la transcription du gène, le lieu, l’intensité avec lequel il s’exprime. Autrement dit, plus que des mutations portant sur la séquence codante des gènes, ce sont des mutations portant sur les séquences régulatrices des gènes de développement qui peuvent entraîner des changements morphologiques et anatomiques.

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