DM 1 GENETIQUE ET EVOLUTION. Des sujets types 2.2 CORRECTION

Brassages et diversité : le pelage des chats

Les chats peuvent avoir des pigmentations différentes. Étudions le cas des mâles « tortie ». En utilisant les informations extraites des documents et vos connaissances, proposer une explication à l'existence des mâles « tortie ».

Document 1 : Pigmentation chez les chats Un chat « tortie » possède deux pigments, l'eumélanine qui donne la couleur noire et la phreomélanine qui donne la couleur rousse. Ces deux pigments sont codés par deux allèles co-dominants d'un même gène (ils s'expriment autant l'un que l'autre).

Saisie des infos Connaissances à Interprétation Caractère étudié = couleur du pelage [phénotypes] = [noire], [rousse] (génotypes) = 1 gène, 2 allèles co-dominants : (n), (r) <-> pigment ≠

Ce caractère est gouverné par un seul gène (monohybridisme) [noire] = n//n [rousse] = r//r [ ?] = n//r

Document 2 : Caryotypes du chat mâle et femelle

Chat mâle Chat femelle

Saisie des infos Connaissances à Interprétation

Caryotype chat : 2n = 38 Mâle : 2n = 36 autosomes + XY Femelle : 2n = 36 autosomes + XX

Le sexe est déterminé par les chromosomes sexuels X et Y (comme chez l’Homme) (on peut supposer que c’est Y qui à mâle)

Document 3 : Échiquier de croisement entre une femelle « tortie» et un mâle noir Notation : Xr: chromosome X, portant un allèle codant pour la phreomélanine, le pigment roux Xn: chromosome X, portant un allèle codant pour l'eumélanine, le pigment noir Y: chromosome Y, ne portant aucun allèle codant pour la pigmentation

Xn y Xn XnXn Femelle

noire XnY Mâle noir

Xr XnXr Femelle « tortie » XrY Mâle

roux D'après http://pawpeds.com

Saisie des infos Connaissances à Interprétation

Le gène codant pour la couleur du pelage est porté par le chromosome X. L’association des allèles n et r, uniquement observable chez les femelles (XX) donne une couleur « Tortie » (« tricolore »)

Les mâles ne possédant pas de chromosomes X, ils ne peuvent présenter les 2 allèles (n) et (r), ils sont donc soit [roux] soit [noir] Comment des chats mâles « tortie » peuvent-ils exister ?

Document 4 : Exemple de répartition des chromosomes lors d'une méiose anormale dans une cellule à 2n=2

D’après http://cukabiologica.blogspot.fr

Saisie des infos Connaissances à Interprétation

Des erreurs au cours de la méiose (production des gamètes) peuvent aboutir à des gamètes anormaux :

- un chromosome surnuméraire - un chromosome en moins

Je sais que la méiose est une succession de 2 divisions précédées d’une seule duplication :

- méiose 1 : séparation des Xmes homologues appariés en prophase 1à 2 cellules haploïdes (n Xmes à 2 Xides)

- méiose 2 : séparation des Xides à 4 cellules haploïdes (n Xmes à 1 Xide)

Des erreurs peuvent se dérouler en méiose :

- non séparation des Xmes homologues en métaphase (anaphase)1

- non séparation des Xides en métaphase (anaphase)1

Si de telles erreurs touchent les chromosomes sexuels, on obtient :

- des gamètes anormaux contenant 2 Xmes X - des gamètes anormaux contenant X et Y - des gamètes anormaux ne contenant aucun

Xme sexuel. Lors de la fécondation, la rencontre des gamètes à Cellules œuf

- trisomique (XXX) ou (XXY = mâle « tortie ») - monosomique (X0) ou (Y0)

Rédaction : Le document 1 montre que chaque pigment est codé par un allèle: l'allèle r code la Phréomélanine : le pigment roux l'allèle n code l'eumalanine, le pigment noir. De plus ces allèles sont codominants. Il s'agit donc d'un cas de monohybridisme : étude de la descendance de parents qui ne diffèrent que pour un seul gène. Le document 2 montre que le chat possède un chromosome X et un chromosome Y, tandis que la chatte a 2 chromosomes X, le déterminisme du sexe est donc le même que chez l'homme. Le document 3 montre que le gène de la couleur est porté par le chromosome X, et le chromosome Y ne porte rien. Dans ce cas, les chats mâles ont comme génotype soit ( Xr // Y) et ils sont roux, soit ( Xn//Y ) et ils sont noirs. Dans ce cas, les chats mâles Tortie ne devraient donc pas exister.

Le document 4 montre que des anomalies peuvent se produire lors de la formation des gamètes lors de la méiose.

- Soit les chromosomes homologues ne se séparent pas à l'anaphase I de la méiose, - Soit les chromatides ne se séparent pas à l'anaphase II.

Dans ces deux cas, on obtient des gamètes anormaux avec deux chromosomes de la même paire. Soit une femelle tortie de génotype (Xn//Xr ) si une anomalie se produit à la méiose, elle produira des ovules ayant deux chromosomes X donc des ovules avec les chromosomes Xn et Xr La fécondation de ces ovules par un spermatozoïde produira des chats triploïdes Xn , Xr, Y; (c'est le syndrome de Klinefelter) Mise en relation. La coloration des chats La coloration de type tortie est la conséquence de la présence dans les cellules de deux pigments, l’un noir (phréomélanine) et l’autre roux (eumélanine). Chaque pigment est le résultat de l’expression de deux allèles (respectivement n et r) codominants d’un même gène (doc1). Ce gène est porté par le chromosome X uniquement. (doc3) Une femelle étant de caryotype XX, elle peut porter à la fois un allèle Xn et un allèle Xr (génotype Xn//Xr). Par contre, un mâle ayant obligatoirement un chromosome Y, il ne peut normalement avoir qu’un allèle Xn (génotype Xn//Y) ou un allèle Xr (génotype Xr//Y). Un mâle ne peut donc être que de phénotype noir ou roux. Dans les conditions normales, seules les femelles peuvent de phénotype « tortie» (doc3). Obtention d’un mâle « tortie » Il existe des méioses anormales qui peuvent entre autre produire des gamètes contenant deux exemplaires d’un même chromosome (par exemple deux chromosomes X).(doc4) Si on considère le cas d’une femelle « tortie » subissant une méiose inégale ou les Xmes homologues (X) ne se séparent pas en méiose 1, il est possible d’obtenir un ovocyte contenant à la fois l’allèle Xn et l’allèle Xr La fécondation entre un de ces ovocytes anormaux avec un spermatozoïde contenant un chromosome Y donne un génotype Xn//Xr Y qui permet à un mâle d’avoir les deux allèles noir et roux. Si on considère un mâle noir ou roux, subissant une anomalie de méiose 1, il produira des spermatozoïdes Xn//Y ou Xr//Y La fécondation entre un de ces spermatozoïde anormaux anormaux avec un ovocyte contenant un chromosome X n ou r donne un génotype Xn//Xr Y qui permet à un mâle d’avoir les deux allèles noir et roux. L’existence des chats mâles de phénotype « tortie » est donc la conséquence d’une méiose inégale chez une femelle « tortie » (ou un mâle). Ces femelles produisent des ovocytes Xn//Xr qui, combinés à des spermatozoïdes Y, donne un mâle exprimant les deux allèles responsables du phénotype « tortie ».

Anomalie de méiose chez un mâle Xn//Y par exemple

Anomalie de méiose chez une femmelle Xn//Xr

Xn//Xr Y

Xn//Xr Y

r

La diversification du vivant : les mycorhizes Il existe souvent des relations symbiotiques entre plantes et champignons. Ces associations à bénéfices réciproques sont des mycorhizes. En utilisant les informations des documents et les connaissances, mettre en évidence les principaux rôles des mycorhizes dans la nutrition hydrominérale des plantes. Puis, argumenter l'hypothèse que ce type de symbiose a pu contribuer à la colonisation du milieu aérien par les plantes, il y a environ 400 Ma. Document 1 : Surface d'échange avec le sol pour une plante mycorhizée ou non Les deux schémas ci-dessous comparent une partie des appareils racinaires de deux plants d'une même espèce, l'un mycorhizé (gauche) et l'autre non (droite).

D'après www.arboris.be

Saisie infos Connaissancesàinterprétation

La mycorhize augmente la surface d’exploration du système racinaire

La plante assurant son alimentation hydrominérale par les racines , L’augmentation de la surface d’exploration augmente la surface d’échange et donc favorise l’ alimentation de la plante

Document 2 : Nutrition hydrominérale de la plante et mycorhizes Graphe 2-a : Accroissement en hauteur (croissance) de plants de Cupressus atlantica préalablement inoculés ou non par des champignons mycorhiziens au cours de la première année de plantation. Carrés blancs : plants non inoculés ; carrés noirs : plants mycorhizés.

Saisie infos Connaissancesàinterprétation Globalement, les plants inoculés ont une croissance supérieure particulièrement en saison humide (février +4) (mai +5), moins en saison sèche

Nous savons que l’eau intervient directement dans les processus métaboliques de la plante et est absorbée par les racines. Le gain de croissance est directement lié à la capacité accrue de la surface d’échange grâce à la symbiose avec les filaments mycéliens, ce qui ì l’alimentation en eau en saison humide, quand l’eau est disponible

Graphe 2-b : Mesure de la biomasse et des quantités d’azote (N) et de phosphore (P) pour trois lots de plants d’Acacia holosericea après deux années de plantation. Contrairement au lot témoin, les lots COI024 et IR100 sont mycorhizés.

D'après Le projet majeur africain de la Grande Muraille Verte - A. Dia et R. Duponnois (2-a et 2-b) Saisie infos Connaissancesàinterprétation

Globalement la mycorhize augmente - la biomasse ligneuse (bois)(+10) et foliaire (feuille) X2)des plantes. - les quantités de P(X2) et N(X2)

La croissance de la biomasse est le résultat de la photosynthèse qui réalise dans les feuilles grâce à l’apport en eau et éléments minéraux (N, P) absorbés par les racines. N et P sont les composants essentiels de la matière organique (protides, acides nucléiques) L’amélioration de l’absorption de l’eau et des éléments minéraux grâce aux mycorhizes favorise la production des molécules organiques et donc la production de biomasse à croissance.

Document 3 : Exemple d'endomycorhize actuelle Arbuscule intracellulaire d'une endomycorhize actuelle dans une cellule de maïs (MEB, barre blanche = 5 μm). Le maïs, comme 85 % des plantes actuelles, est mycorhyzé.

D'après http://acces.ens-lyon.fr

Saisie infos Connaissancesàinterprétation

Les filaments mycéliens peuvent pénétrer A L’INTERIEUR des cellules. La majorité des plantes actuelles sont mycorhizées.

Il existe plusieurs degrés de symbiose (association de 2 espèces à bénéfice réciproque):

- « ecto » (les cellules coopèrent mais les 2 organisme restent physiquement indépendants)

- « endo » (un des organisme colonise l’intérieur des cellules.

Le champignon est un organisme hétérotrophe, il se nourrit de matière organique. Le champignon et la plante établissent entre eux une symbiose étroite (endosymbiose). Le champignon doit trouver dans la cellule végétale des éléments ( molécules organiques) produits par la cellule, nécessaires à sa croissance

Document 4 : La flore de Rhynie Le site de Rhynie, situé en Écosse, est un gisement fossilifère exceptionnel daté d'environ - 410 Ma. On y trouve les plus anciennes formes connues de végétaux vasculaires à ramifications aériennes, comme Aglaophyton, Rhynia... Ces espèces possédaient une cuticule protectrice, des stomates et des trachéides constituant des tissus conducteurs de sève brute. En revanche, ils ne présentaient pas de système racinaire bien développé mais de simples rhizomes permettant avant tout la fixation de la plante sur le sol.

D'après Illustration de F. Gantet

Végétaux vasculaires : présentant des vaisseaux de transport des sèves Stomates : structures spécialisés assurant les échanges gazeux des plantes Trachéides : vaisseaux spécialisés dans le transport de la sève brute (eau+éléments minéraux) des racines vers les feuilles. Rhizomes : tiges sous-terraines.

Saisie infos Connaissancesàinterprétation

Les premiers végétaux vasculaires apparaissent il y a 410 Ma. Dépourvus de racines, ils s’ancrent au sol

La présence de vaisseaux témoigne de circulation de sèves notamment brute en provenance du sol

Endomycorhize:filamentmycélienDANSunecelluledemaïs

grâce à des tiges sous-terraines. (eau + éléments minéraux) qui assure l’alimentation de la plante. Comment l’absorption est-elle assurée puisqu’il n’y a pas de racines ?

Document 5 : Coupe transversale d'un rhizome fossile d'Aglaophyton de Rhynie Les fossiles de Rhynie ont bénéficié d’une conservation exceptionnelle.

En (a), coupe transversale d'un rhizome fossile d'Aglaophyton de Rhynie (lame mince en MO, x 15) et, en (b), détail de deux cellules (x 600).

D'après F. LE TACON et M.-A. SELOSSE, Rev. for. fr., XLIX – 1997. Saisie infos Connaissancesàinterprétation

Ces plantes fossiles présentent des vaisseaux de circulation. Certaines cellules semblent colonisées par des filaments mycéliens.

Dès l’apparition des premières plantes vasculaires, l’alimentation hydro minérale a pu être assurée par des symbioses avec des champignons. Ces symbioses ont pu compenser l’absence d’un système racinaire dans la fonction d’alimentation.

Rédaction : ◦ Le DOC 1 montre qu'une plante mycorhizée a une zone d'exploration des racines beaucoup plus

importante qu'une plante non micorhizée, les mycorhizes permettent donc d'accroitre considérablement la surface d'échange entre le sol et la plante et par conséquence permettent une meilleure absorption d'eau puisque l’alimentation hydrominérale est assurée par le système racinaire.

◦ Le Graphe 2-a montre que l'accroissement de plants de Cupressus atlantica (Cyprès du Maroc) est supérieur pour les plants micorhizés en particulier en saison humide: 6,5 mm au lieu de 2,5 mm pour le mois de février. Au cours de la saison sèche, en particulier pendant les mois de Juin et Juillet l'accroissement n'est pas amélioré par les mycorhizes.

◦ Le Graphe 2-b montre - Que la biomasse est supérieure pour les plantes mycorhizées environ + 15Kg pour le bois, X2 pour les

feuilles - Que la quantité de minéraux est supérieure pour les plantes mycorhizées environ N, P : X2. L’eau et les éléments minéraux interviennent directement dans la production de molécules organiques à croissance. Il est donc possible d'en conclure que les mycorhizes permettent donc d'améliorer la nutrition minérale des plantes et par conséquence leur croissance en biomasse et en taille.

◦ Les documents 4 et 5 montrent que les premiers végétaux vasculaires datés de 400Ma présentent des vaisseaux de conduction mais pas de racines, leur alimentation hydrominérale semble avoir été assurée par des endosymbioses observables dans les cellules du rhizome, identiques à celles aujourd’hui observées dans les plantes actuelles (maïs). Le champignon trouve, lui, à l’intérieur des cellules un apport en molécules organique = symbiose = association à bénéfice réciproque(doc 3)

Systèmecirculatoire Endosymbiose?

Mise en relation : Les mycorhizes participent directement à l’alimentation hydrominérale des plantes :

- elles augmentent la surface d’échange racinaire (doc1) et - ainsi augmentent l’absorption de l’eau et des éléments minéraux (docs 2) - ce qui permet une meilleure croissance, grâce à une production accrue de molécules organiques

(doc2b) Les mycorhizes ont pu participer à la colonisation du milieu aérien il y a 400Ma

- les premières plantes vasculaires dépourvues de système racinaires possèdent cependant des vaisseaux conducteurs de sèves. (doc4)

- Leur alimentation hydrominérale semble avoir été assurée par des endosymbioses que l’on peut très bien identifier sur le doc 5 en le comparant à une espèce actuelle : le maïs (doc3).

Il y a 400 Ma, la mise en place de symbioses avec des champignons permettent aux premiers végétaux vasculaires de coloniser le milieu aérien en permettant à ces plantes d’absorber l’eau et les éléments minéraux dont elles ont besoin pour produire leur matière et croître. Ces mécanismes ont été conservés par l’évolution malgré l’apparition de surfaces d’échange spécialisée comme les racines.

Diversification du vivant : les gènes de développement. Les chauves-souris sont des Mammifères appartenant au groupe des Chiroptères ; elles présentent des membres antérieurs spécialisés (ailes) adaptés au vol. Les premiers Chiroptères fossiles apparaissent il y a une cinquantaine de millions d’années avec d’emblée les caractéristiques des Chauves-souris actuelles. Les spécialistes s’accordent pour dire que les Chiroptères proviennent de l’évolution de formes ancestrales ayant l’aspect de mammifères quadrupèdes aux membres non spécialisés comme ceux des rats et souris actuels. Des travaux récents ont eu pour objectif de déceler les innovations génétiques à l’origine de l’adaptation au vol des Chauve-souris, notamment de la transformation des membres antérieurs en ailes. L’intérêt s’est porté sur les gènes Prx1 et Bmp2 connus pour agir sur la croissance des os longs des membres au cours du développement embryonnaire. Exploitez les documents 1 à 4 ci-dessous et mobilisez vos connaissances sur le gène et les modalités de son expression pour dégager des arguments permettant de penser que des modifications de l’expression de certains gènes de développement peuvent être à l’origine du groupe des Chiroptères. Document 1 : Comparaison de l’organisation des membres antérieurs d’une souris (Mus musculus) et de chauve souris (Carollia perspicillatta) I, II, III, IV et V correspondent aux doigts. Le doigt I correspond au pouce. s = segment correspondant au bras z = segment correspondant à l’avant-bras a = segment correspondant à la main+

Saisie infos Connaissancesàinterprétation Globalement l’organisation de l’ aile de la chauve souris correspond à l’organisation de la patte de souris (et à la patte arrière de la chauve souris): 3 segments articulés(a, z, s) et 5 doigts MAIS Les segments du membre antérieur et particulièrement doigts 2, 3, 4 et 5 présentent un développement >> On observe une peau tendue entre les doigts antérieurs et le membre postérieur.

Nous savons que les fortes ressemblances dans le plan d’organisation entre ces 2 organismes témoignent d’un lien de parenté, ils possèdent un ancêtre commun. Nous savons la mise en place du plan d’organisation est contrôlée par une famille de gènes : les gènes de développement ou gènes homéotiques . On peut imaginer que certains de ces gènes contrôlant la croissance des os longs, ì dans la patte antérieure, présentent des anomalies de fonctionnement, responsables de la modification de l’organisation du membre antérieur de la chauve souris Origine de cette modification il y a 50 Ma Chez l’ancêtre commun de la souris et de la chauve souris ?

Document 2 : Des résultats expérimentaux : effets de la protéine Bmp2 sur la croissance en longueur des métatarsiens (ce sont des os du pied) Le rôle du gène BMP2 (bone morphologic protein) dans l'ossification étant connu, on a constaté qu'il s'exprimait dans les bourgeons des membres et donc émis l'hypothèse qu'il pouvait être impliqué dans la croissance des os de la main et du pied. Pour tester cette idée, les scientifiques ont prélevé des os métatarsiens1 de foetus de rats et les ont mis en culture dans un milieu contenant des concentrations variées de la protéine Bmp2. Le graphique renseigne sur la croissance des métatarsiens1 durant les 3 jours qu’a duré l’expérience.

D’après Luca F et al. Endocrinology 2001 ; 142 :430-436

Saisie infos Connaissancesàinterprétation Plus la concentration en protéine Bmp2 augmente plus la croissance des os métatarsiens de fœtus augmente. (190à220à500à900μm au bout de 3 jours d’exposition). Et plus la durée d’exposition augmente plus l’effet augmente (par exemple pour 1000ng/mL : 0à300à500à900)

La croissance des métatarsiens dépend de la concentration en protéine Bmp2. Nous savons que les gènes de développement agissent selon leur expression (quantité de protéine produite, domaine d’expression, action en synergie avec d’autres gènes…) L’augmentation de la production de protéine Bmp2 dans le bourgeon du membre antérieur de la chauve souris peut être responsable de la croissance importante des doigts. Mais comment expliquer l’augmentation de la production de cette protéine. (Nous savons que ces gènes peuvent subir plusieurs duplications, on peut imaginer que le gène Bmp2 a été dupliqué à production >> de protéine)

Document 3 : Comparaison de l’expression du gène Prx1 au cours du développement embryonnaire des membres antérieurs de la chauve-souris et de la souris Par la méthode d’hybridation in situ, les chercheurs ont repéré les endroits du membre où est présent l’ARN messager du gène Prx1 à divers stades de développement chez la chauve-souris (photos de la première ligne) et la souris (photos de la deuxième ligne). Avec la technique utilisée, ces endroits sont colorés en bleu plus ou moins foncé (ici, les zones noires correspondent aux zones colorées en bleu foncé dans l’échantillon).

Expression ≅ Expression ≠(territoire d’expression plus étendu)

Saisie infos Connaissancesàinterprétation

A partir du 3° stade embryonnaire, on observe que les territoires d’expression (présence d’ARNm du gène Prx1) sont nettement ≠ : ils sont beaucoup plus exprimés au niveau de la main chez la chauve souris.

Nous savons que la présence d’ARMm témoigne que le gène Prx1 est transcrit de façon importante, il sera traduit à protéine Prx1 qui agira sur les tissusà croissance >>> Les gènes de développement sont caractérisés par leur intensité d’expression et leur territoire d’expression C’est l’expression ì du gène Prx1 qui serait responsable de l’allongement des os du membre et notamment ceux de la main ainsi que les zones où il s’exprime.

Document 4 : Le gène Prx1 et l’allongement des membres Le gène Prx1 est un gène qui s’exprime au cours du développement embryonnaire au niveau du crâne, de la face et des membres de la souris. On connaît des souris mutantes affectées par une mutation des deux allèles du gène Prx1. Ces mutations ayant pour effet de rendre non fonctionnelle la protéine codée par le gène. Les souriceaux mutants meurent à la naissance à cause d’anomalies de la face et du crâne. Ils possèdent par ailleurs un raccourcissement significatif des 2 os de l’avant-bras.

Saisie infos Connaissancesàinterprétation Une mutation du gène Prx1 à anomalie de ì des os de l’avant bras chez la souris.

Une mutation peut modifier l’expression d’un gène de développement. On peut supposer que c’est une mutation du gène Prx1 qui a à son ì d’expression chez la chauve souris et l’allongement des segment du membre antérieur.

Rédaction : Le document 1 permet de comparer les corps en vue ventrale d’une souris et d’une chauve-souris. On constate : *des ressemblances frappantes avec l’organisation fondamentale des membres antérieurs comme postérieurs. Le membre antérieur est constitué d’un bras, d’avant-bras et d’une main à 5 doigts numérotés I à V. Ces ressemblances frappantes témoignent de leur parenté (appartenance au même grand groupe des Tétrapodes (4 membres) et existence d’un ancêtre commun présentant ce même caractère) *des différences remarquables avec ◦ la présence d’une peau tendue entre les deux membres antérieur et postérieur de la chauve-souris ◦ au niveau des dimensions relatives des segments des membres : tous les segments du membre antérieur de la chauve-souris sont démesurément grands par rapport à ceux de la souris. Ces différences sont en rapport avec le mode de locomotion. Comment comprendre l’apparition « brutale », il y a une cinquantaine de MA, des Chiroptères au sein du groupe des Mammifères ? Deux gènes Prx1 et Bmp2 connus pour agir respectivement sur l’allongement des membres et sur la croissance des os longs des membres au cours du développement embryonnaire, sont étudiés dans les documents 2, 3 et 4. Des os métatarsiens, les os du pied, de foetus de rats mis en culture dans un milieu contenant des concentrations variées de la protéine Bmp2 (document 2) montre une croissance des métatarsiens très différente au bout de 3 jours : • Les concentrations de 0 (témoin) et 10 ng/mL conduisent à une croissance de 250 micromètres ensuite

pour des doses croissantes l’effet est X2 puis 4. La croissance des os longs des membres est fortement influencée par la concentration en Bmp2. Une expression beaucoup plus forte du gène Bmp2 chez la chauve-souris par rapport à ce qui se passe chez la souris pourrait permettre de comprendre la plus grande taille des os longs du membre antérieur de la Chauve souris transformé en aile. Le document 3 compare de l’expression du gène Prx1 au cours du développement embryonnaire des membres antérieurs de la chauve-souris et de la souris. Par la méthode d’hybridation in situ, Les chercheurs repèrent par une coloration sombre les endroits du membre où est présent l’ARN messager du gène Prx1 à divers stades de développement chez la chauve-souris et la souris. La présence d’ARNm étant la preuve que le gène s’exprime dans la cellule, on peut en déduire dans quels tissus (ou dans quels organes) le gène s’exprime le plus. On constate, en comparant les zones similaires que l’expression du gène Prx1 est plus marquée (plus intense et plus étendue) dans l’ébauche de membre de la chauve-souris que dans celle de souris, notamment aux 3ème et 4ème stades fœtaux. Une expression beaucoup plus forte du gène Prx1 chez la chauve-souris par rapport à ce qui se passe chez la souris pourrait permettre de comprendre la plus grande taille des os longs du membre antérieur de la Chauve souris transformé en aile. Ceci semble confirmé par l’existence de mutants de souris (document 4) atteints au niveau de leurs deux allèles du gène Prx1. L’absence de protéine Prx1 fonctionnelle fait qu’ils présentent des avant-bras anormalement petits. Mise en relation Des innovations génétiques ont permis l’éclosion du groupe des Chiroptères au sein des Mammifères(doc1), le partage de nombreux caractères dérivés témoigne de leur lien de parenté. Parmi les différents gènes impliqués, deux semblent d’ores et déjà été identifiés comme intervenant dans les grandes différences anatomiques constatées entre Chauve-souris et souris. Les gènes de développement Bmp2 et Prx1 s’exprimeraient bien davantage dans les ébauches de membres antérieurs (doc3) de chauve-souris, les protéines synthétisées aboutissant à une croissance osseuse plus rapide (Doc 2), plus prolongée et au final à des os beaucoup plus longs que leurs homologues chez les Rongeurs. Cette anomalie de développement doit provenir de mutations de ces gènes. Elles ont été conservées par l’évolution et à l’origine d’une adaptation à un mode de locomotion différent : le vol.

Diversification du vivant : les hybrides animaux

1. Expliquez l’origine de ces deux hybrides : réalisez des schéma pertinents pour les 2 cas. 2. Expliquez la fertilité ou l’infertilité des hybrides obtenus.

La mule

Je sais que 2 espèces différentes peuvent s’hybrider si leur lien de parenté phylogénique n’est pas trop éloigné, mais ils ne pourront donner de descendants fertiles que si les chromosomes de ces hybrides peuvent s’apparier pour assurer le déroulement correct de la méiose et la production de gamètes. Les 2 espèces appartenant au même genre « equus » on peut faire l’hypothèse que leurs caryotypes sont suffisamment compatibles pour que les gènes s’expriment. Mais au cours de la méiose les chromosomes ne sont pas présents en paires d’homologues (2n = 63), et certains sont très différents (taille, forme, structure) ils ne peuvent s’apparier et la méiose ne peut se dérouler : l’hybride est stérile.

gamètedechevaln=32

gamèted'ânen=31

hybridation

celluleoeuf

2n=63

Le cheval et l’âne sont définies comme 2 espèces différentes : si elles se reproduisent cela donne un hybride stérile. Il n’y a pas d’interfécondité. Le cheval possède un caryotype avec 2n = 3 chromosomes ; l’âne 2n = 64 ; les gamètes produits :

- pour le cheval n= 32 - pour l’âne n= 31

Lors de l’hybridation, le caryotype obtenu sera de 2n = 63 = 32 chromosomes du cheval + 31 de l’âne

Chromosomes du cheval : 32 Chromosomes âne : 31

Pasdeméiosepossible,pasdeproductiondegamètes,stérilitédel’hybride.

L’ours polaire et l’ours brun appartenant à 2 espèces différentes, peuvent s’hybrider dans la nature, ils donnent un hybride fertile : le pizzly On précise que ces 2 ours, possèdent l’ancêtre commun le plus récent.

Je vois que le caryotype du Pizzly est 2n = 74, les chromosomes sont organisés par paires (37) plus ou moins homologues (même taille, même forme, même structure) Les caryotypes de l’ours polaire et du grizzly sont aussi 2n = 74 De plus on nous dit qu’ils possèdent un ancêtre commun récent donc possèdent des liens de parenté étroits

2n=74

2n=742n=74

Les gamètes de l’ours polaire : n=37 ainsi que les gamètes du grizzly Chez l’hybride, si les chromosomes sont suffisamment homologues, il pourra y avoir appariement et méiose : l’hybride sera dons fertile.

Mise en relation : Ainsi la définition d’une espèce est complexe. Le critère biologique d’interfécondité est quelquefois mis en défaut. Si dans le cas de l’âne et du cheval l’hybridation se traduit par une descendance stérile à cause d’une différence de caryotype qui bloque la possibilité de méiose (doc 1) chez l’hybride, dans le cas de l’ours et du grizzly la proximité phylogénétique permet l’obtention des hybrides fertiles. La définition d’espèce doit aussi prendre en compte sa dimension temporelle : apparition, évolution, disparition (àspéciation) Alors les ours polaires et les grizzlys appartiennent-ils à 2 espèces récemment séparées ou représentent-ils 2 populations encore interfécondes ? Les aires de répartition de l’ours brun et de l’ours polaire étaient jusqu’alors séparées (isolement géographique) mais avec le réchauffement climatique et la fonte de la banquise les aires de répartition de ces 2 espèces se superposent désormais. La rupture de l’isolement reproductif semble permettre à ces 2 groupes de rétablir un échange génétique. Donc ces 2 populations étaient-elles en voie de spéciation ? L’éloignement génétique de ces 2 populations inachevé ? Alors : 2 espèces ou 2 populations d’une même espèce ?

gamètedel'ourspolaire

n=37

gamètedugrisslyn=37

hybridation

celluleoeufdel'hybride2n=74

Méiosepossible:appariementdeschromosomessuffisammenthomologuesetenpaires,productiondegamètes,fertilitédel’hybride.