L’aile de la chauve-souris

Merci !

Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Génétique et évolution
Type : Pratique du raisonnement scientifique 2 | Année : 2012 | Académie : Inédit
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
L’aile de la chauve-souris

Génétique et évolution

Corrigé

6

Terre et univers

svtT_1200_00_01C

Sujet inédit

pratique du raisonnement scientifique

Exercice 2 • 5 points

La chauve-souris fait partie d’un groupe de mammifères caractérisés par la transformation de leurs membres antérieurs (document 1a) en ailes. Cela est dû, en particulier, à l’allongement de l’avant-bras et de quatre doigts. La souris fait partie d’un autre groupe qui a gardé l’aspect ancestral des membres antérieurs des mammifères (document 1b).

> À partir des informations extraites des documents 1 et 2, et en utilisant vos connaissances, précisez certains des mécanismes de diversification du vivant qui sont intervenus lors de l’évolution des membres antérieurs des chauves-souris.

Document 1

Aile de chauve-souris (a) et patte avant de souris (b)


Le gène Prx1 est un gène du développement qui s’exprime notamment au cours du développement de l’avant-bras des mammifères.

Les protéines Prx1 de la chauve-souris et de la souris, qui sont des facteurs de transcription, sont quasi identiques (seulement deux acides aminés de différence) et jouent le même rôle chez ces deux mammifères. On a mis en évidence une région régulatrice, en amont du gène Prx1, qui contrôle l’expression de ce gène. Les séquences régulatrices de Prx1 de la souris et de la chauve-souris présentent 94 % d’identité.

Des chercheurs ont réussi à créer des souris transgéniques associant la région régulatrice du gène Prx1 de la chauve-souris et la séquence transcrite du même gène de la souris. Sans atteindre la taille de l’avant-bras de la chauve-souris, on constate que ces souris transgéniques avaient un avant-bras plus long que celui des souris non transgéniques de la même souche.

Document 2

Aspect du membre antérieur de la souris (a) et de la chauve-souris (b) à un stade précoce du développement embryonnaire (stade correspondant pour les deux mammifères)


Le graphique (c) illustre la croissance du métacarpe de chauve-souris et celle du métacarpe de souris au cours du développement fœtal.

Le gène Bmp2 s’exprime dans le territoire de la main aussi bien chez la souris que chez la chauve-souris et joue un rôle majeur dans la croissance des doigts. Les chercheurs ont étudié l’expression de ce gène (ARN messager et protéine Bmp2) dans les embryons de souris et de chauve-souris. Alors qu’au stade correspondant au document 2 la quantité d’ARNm est la même dans le territoire des doigts, elle est beaucoup plus importante par la suite chez la chauve-souris que chez la souris.

Comprendre le sujet

  • Comprendre à travers le texte de présentation que les ancêtres de la chauve-souris avaient un membre antérieur de type patte (comme la souris et d’autres mammifères).
  • Le but est de reconnaître, à travers l’exploitation des documents, certains mécanismes génétiques qui, au cours de l’histoire évolutive des chauves-souris, ont contribué à l’allongement du membre.
  • Noter que le document 1 se rapporte à l’allongement de l’avant-bras alors que le document 2 concerne celui de la main.
  • Prendre en compte dans l’expérience de transgenèse que chez les souris transgéniques sont associés la région régulatrice du gène Prx1 de la chauve-souris et le gène Prx1 de la souris. Il s’agit d’une construction génétique hybride.

Mobiliser ses connaissances

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. Ces variations étant souvent liées à des mutations affectant les régions régulatrices de ces gènes.

Corrigé

Exploitation du document 1

  • Puisque la protéine Prx1 est quasi identique chez la chauve-souris et la souris et a la même action sur l’allongement du membre, on peut penser qu’elle n’explique pas l’allongement de l’avant-bras chez la chauve-souris. En revanche, il existe plus de différences dans la séquence régulatrice du gène, ce qui laisse supposer que c’est là que réside une des différences moléculaires pouvant expliquer la croissance de l’avant-bras chez la chauve-souris.
  • L’expérience de transgenèse teste cette idée, dans la mesure où elle permet de voir l’effet d’associer la séquence régulatrice de Prx1 de la chauve-souris à la séquence transcrite de la souris. Puisque cela entraîne une croissance significativement plus forte de l’avant-bras de la souris par rapport à des souris témoins, cela confirme dans une certaine mesure l’hypothèse émise. On peut penser qu’au cours de l’histoire évolutive des chauves-souris à partir de leurs ancêtres, des mutations ont modifié la séquence régulatrice du gène avec pour effet une augmentation de son expression, à l’origine de l’allongement du membre chez les ancêtres de la chauve-souris. Rien ne dit toutefois que ce soit le seul processus qui ait été en jeu : l’expérience de transgenèse ne transforme pas un avant-bras de souris en un avant-bras de chauve-souris !

Exploitation du document 2

  • À un stade précoce du développement embryonnaire, les ébauches des membres, y compris les ébauches des doigts, sont voisines chez la chauve-souris et la souris. C’est un héritage de leur ancêtre commun (et de celui des autres mammifères).
  • Par la suite, on voit que le métacarpe se développe beaucoup plus chez la chauve-souris que chez la souris.
  • Cela est corrélé avec une expression beaucoup plus forte du gène Bmp2 dans les ébauches des doigts de la chauve-souris que dans celles de la souris au cours de la phase plus tardive du développement fœtal. Comme le gène Bmp2 est connu pour activer la croissance des doigts, on peut penser que l’allongement des doigts chez la chauve-souris est dû à une surexpression de ce gène chez la chauve-souris par rapport à son ancêtre.

Bilan

L’allongement de l’avant-bras et celui des doigts de la chauve-souris, innovations morphologiques apparues au cours de l’évolution, ne semblent pas dus à des mutations affectant les séquences transcrites des gènes, ni à l’apparition de gènes nouveaux. Ces innovations semblent dues à des mutations ayant affecté les régions régulatrices de gènes de développement, entraînant une modification dans l’intensité de leur expression.