Alimentation et expression des gènes

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Génétique et évolution
Type : Pratique du raisonnement scientifique 2 | Année : 2013 | Académie : Asie
 
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
Alimentation et expression des gènes
 
 

Génétique et évolution

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Ens. spécifique

11

CORRIGE

 

Asie • Juin 2013

pratique du raisonnement scientifique

Exercice 2 • 5 points

L’alimentation d’une femme avant et pendant sa grossesse a-t-elle des conséquences sur le risque, pour sa descendance, de développer une maladie à l’âge adulte ? Les indices s’accumulent…

Plusieurs études montrent en effet que, à côté de la mauvaise alimentation, de la sédentarité et de gènes de susceptibilité transmis par les parents, l’environnement de la vie fœtale, et notamment l’alimentation maternelle pendant la grossesse voire avant celle-ci, jouent un rôle dans l’apparition du diabète de type 2 à l’âge adulte.

Extrait de l’article de La Recherche n° 463, avril 2012

La souris peut être considérée comme un modèle pertinent pour étudier ces phénomènes chez l’être humain.

> À partir des résultats de l’étude sur l’expression du gène Agouti chez la souris, expliquez comment l’alimentation d’une femme enceinte pourrait modifier l’expression des gènes impliqués dans l’apparition de l’obésité chez l’adulte.

Document 1

Le gène Agouti

Le gène Agouti intervient dans la synthèse de diverses protéines impliquées dans :

  • la couleur du pelage ;
  • la stimulation du système nerveux central au niveau de la zone impliquée dans la prise alimentaire ;
  • le métabolisme des triglycérides (graisse).

Concernant la couleur du pelage, le gène Agouti intervient dans le dépôt d’un pigment jaune dans les poils de la souris au cours de son développement embryonnaire.

Il existe plusieurs allèles de ce gène Agouti, qui conduisent à des couleurs de pelage différentes en modifiant le niveau de synthèse et le type de pigment de la fourrure.

Parmi eux, on distingue :

  • l’allèle a (nonagouti), qui est défectueux en raison d’une mutation ayant provoqué une perte de fonction. Les homozygotes (a/a) sont de couleur noire ;
  • l’allèle Avy (agouti viable yellow), qui a subi l’insertion d’un fragment d’ADN dans la région qui contrôle son niveau d’expression. S’il s’exprime fortement, la souris est jaune. S’il ne s’exprime pas, la souris est noire. Si son niveau d’expression varie entre ces deux états, le pelage est tacheté à différents degrés.

Ainsi, les hétérozygotes (Avy/a) présentent des différences de pelage :


 

Pour ces raisons, le gène Agouti a été utilisé chez la souris pour étudier l’effet du régime alimentaire sur le taux d’expression de l’allèle Avy.

Document 2

Relation entre l’alimentation et l’expression génique

a. Effet de l’alimentation sur l’expression du gène Agouti

En 1998, Craig Cooney et son équipe (Arkansas, États-Unis) réalisent une expérience sur deux lots de souris gestantes :

  • un lot dont la nourriture est supplémentée, c’est-à-dire qu’on y ajoute des molécules capables de donner un groupement méthyle (CH3) à d’autres molécules, comme par exemple l’ADN ;
  • un lot dont la nourriture n’est pas supplémentée. Les descendants de ces femelles sont tous de génotype (Avy/a).

 

b. Pourcentage moyen de méthylation dans différents tissus pour ­différents phénotypes

Les mesures sont réalisées sur des tissus extraits de souris de même génotype (Avy/a) et âgées de 150 jours.

D’après Robert A. Waterland et Randy L. Jirtle, Transposable Elements: ­Targets for Early Nutritional Effects on Epigenetic Gene Regulation


 
Document 3

Évolution de la prise de poids moyenne, sur 60 semaines, des descendants hétérozygotes (Avy/a) pour les phénotypes Yellow et Pseudo-agouti


 

Comprendre le sujet

  • À partir des données expérimentales du modèle souris, il s’agit de tirer des conclusions sur la façon dont un facteur d’environnement durant la vie fœtale (l’alimentation maternelle) affecte l’expression d’un gène durant toute la vie. Il faut ensuite exploiter ces conclusions pour expliquer comment l’alimentation d’une femme enceinte peut favoriser l’apparition d’une obésité chez son enfant.
  • Notez bien que l’étude impliquant le gène Agouti aboutit à l’idée fondamentale que des facteurs environnementaux, donc non génétiques, peuvent agir sur l’expression des gènes, cela affectant la méthylation de l’ADN du gène.
  • Par ailleurs, la méthylation de l’ADN d’un gène n’augmente pas son expression mais au contraire la diminue.
  • Vous reviendrez à l’espèce humaine en insistant sur la nécessité de l’existence d’allèles de gènes de susceptibilité dont la méthylation peut varier suivant l’alimentation maternelle durant la grossesse.
  • Concluez en dégageant l’idée qu’un régime alimentaire ne favorisant pas la méthylation prédisposerait à l’obésité et à l’apparition du diabète de type 2.

Mobiliser ses connaissances

Une diversification des êtres vivants est possible sans modification du génome.

Corrigé

Introduction

L’obésité est un facteur prédisposant au diabète de type 2. Des données récentes soulignent que des facteurs d’environnement auxquels le fœtus est soumis durant la gestation (nature de l’alimentation maternelle), en agissant sur l’expression de gènes de susceptibilité impliqués dans l’apparition de l’obésité chez l’adulte, peuvent favoriser l’apparition du diabète de type 2 à l’âge adulte. Nous allons envisager la façon dont les données expérimentales fournies par les documents corroborent ou non cette idée.

I. Un génotype = des phénotypes (exploitation du document 1)

  • L’allèle Avy et l’allèle a sont des allèles mutés du gène Agouti qui contrôle, entre autres, la couleur du pelage.
 

Notez bien

L’allèle Avy code pour une protéine fonctionnelle.

  • Puisque l’allèle a est non fonctionnel, le phénotype des hétérozygotes Avy//a est déterminé par l’allèle Avy.
  • Fait remarquable, ces hétérozygotes présentent des phénotypes différents (de [jaune] à [noir]) alors qu’ils possèdent tous le même génotype.
  • La différence phénotypique entre individus de même génotype résulte de l’expression différentielle de l’allèle Avy chez les souris. On recherche la nature du mécanisme responsable de la variabilité de l’expression de cet allèle (une expression totale donne une couleur jaune, une expression nulle donne une couleur noire).

II. Action de l’alimentation sur l’expression de l’allèle Avy

  • Le document 2a indique que le pourcentage de descendants présentant le phénotype moyen [tacheté] est presque identique dans les deux lots : 14 et 15 %.

En revanche, les phénotypes témoignant d’une forte expression de l’allèle Avy ([jaune] et [légèrement tacheté]) sont nettement plus fréquentsdans lelot non supplémenté que dans le lot supplémenté (59 % contre 33 %).

Inversement, les phénotypes résultant d’une faible expression de l’allèle Avy ([très tacheté] et [noir]) sont plus fréquents dans le lot supplémenté que dans le lot non supplémenté.

L’apport chez la mère supplémentée, durant la gestation, d’une alimentation favorisant la méthylation de l’ADN, a entraîné une fréquence plus élevée de descendants où l’allèle Avy s’exprime peu ou pas du tout.

  • Le document 2b révèle que le pourcentage de méthylation varie avec les cinq classes de phénotype [couleur du pelage] : il est d’autant plus fort que le phénotype est associé à une faible expression de l’allèle Avy.

La méthylation de l’ADN de l’allèle Avy inhibe plus ou moins complètement son expression.

 

Info

Bien que le sujet ne l’exprime pas, il s’agit de la méthylation de l’ADN de l’allèle Avy, et non de la totalité de l’ADN du génome.

Remarque : l’état de méthylation de l’allèle Avyacquis durant la vie fœtale se retrouve dans les tissus de l’adulte : il est donc transmis au cours des divisions cellulaires.

Une alimentation favorisant la méthylation de l’ADN (document 2b) entraîne une inhibition plus ou moins complète de l’expression de l’allèle Avy (document 2a).

III. Méthylation de l’ADN et prise de poids (exploitation des documents 1 et 3)

  • Le document 1 indique que le gène Agouti intervient non seulement dans la couleur du pelage, mais également dans la prise alimentaire et le métabolisme des triglycérides, facteurs pouvant intervenir dans la prise de poids et l’obésité.
  • Le document 3 révèle que les souris chez lesquelles le gène Avys’exprime fortement (phénotype [jaune]) ont, dès la dixième semaine, un poids supérieur à celui des souris de phénotype [noir], chez lesquelles l’allèle Avy ne s’exprime pas (35 g contre 25 g). Cette différence s’accroît par la suite : 55 g contre 35 g à la soixantième semaine.

La non-méthylation de l’allèle Avy durant la gestation a pour conséquence une forte expression de cet allèle dans les tissus en rapport avec la prise de poids, laquelle entraîne une prise de nourriture et une synthèse de triglycérides fortes durant toute la vie, et ainsi une tendance nette à l’obésité.

Bilan

Est-il possible de transposer le modèle des souris à l’espèce humaine ? Cela supposerait qu’il existe chez l’homme un allèle de gène de susceptibilité à l’obésité, qui peut être méthylé de façon variable au cours de la période de développement fœtal en fonction de l’alimentation reçue par la mère. En cas d’alimentation ne favorisant pas la méthylation de l’ADN, ce gène s’exprimerait fortement et prédisposerait à l’obésité, laquelle favorise l’apparition du diabète de type 2.