Notions d'espèce et de gènes du développement

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Génétique et évolution
Type : Pratique du raisonnement scientifique 2 | Année : 2016 | Académie : Polynésie française

Polynésie française • Juin 2016

pratique du raisonnement scientifique

Exercice 2 • 5 points

Notions d’espèce et de gènes du développement

Le tétra mexicain (Astyanax mexicanus) est un petit poisson d’eau douce d’environ 8 cm, originaire d’Amérique centrale. Certaines populations vivent dans des grottes (populations cavernicoles) et leurs individus sont caractérisés par l’absence d’yeux.

À partir des informations extraites des documents et de l’utilisation des connaissances, montrez que ces populations constituent une seule espèce et que l’absence des yeux est due à une modification de l’expression d’un gène du développement.

document 1 Croisements effectués entre les différentes populations de poissons Astyanax

Dans la région de la Sierra de El Albra, à environ 600 km au nord de Mexico, il existe 29 grottes dans lesquelles on a recensé des populations d’Astyanax cavernicoles aveugles et dépigmentés. On croise expérimentalement des individus provenant de populations d’Astyanax de surface et de deux grottes différentes (la grotte Molino et la grotte Tinaja). On obtient les résultats donnés ci-dessous.

Croisement 1

Croisement 2

Parents

Individu de la grotte Tinaja

×

Individu de la grotte Molino

Poisson de surface

×

Individu de la grotte Molino

svtT_1606_13_00C_01

svtT_1606_13_00C_02

svtT_1606_13_00C_03

svtT_1606_13_00C_04

Descendants

Alevins* viables

Adultes fertiles

Alevins* viables

Adultes fertiles

© DECA-CNRS UMR 9197 – Univ. Paris-Saclay

 

D’après neuro-psi.cnrs.fr

*Alevins : jeunes poissons.

document 2 Comparaison des stades de développement embryonnaire des poissons de surface et cavernicoles

a. Documents photographiques

Poisson de surface

Poisson cavernicole

Alevins de 1 jour*

svtT_1606_13_00C_05

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Alevins de 3 jours*

svtT_1606_13_00C_07

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Adultes de 3 mois*

svtT_1606_13_00C_09

svtT_1606_13_00C_10

 

Doc. Inaf-CNRS – Univ. Paris-Saclay

* Les différents stades de développement ne sont pas photographiés à la même échelle.

b. Représentation schématique du développement de l’œil chez les deux variétés de poisson (l’œil est vu en coupe)

svtT_1606_13_00C_11

D’après W. R. Jeffery, Curr. Top Dev. Biol., 2009

document 3 Comparaison de l’expression de gènes du développement chez des populations cavernicoles et de surface

Expérience 1

Chez de jeunes embryons de poisson, on repère, grâce à l’utilisation de sondes radioactives, les zones où les gènes du développement dlx3b, shh et pax2a s’expriment.

Chez tous les embryons, les gènes dlx3b et pax2a s’expriment dans des zones comparables.

Chez l’embryon de poisson cavernicole, le gène shh s’exprime dans une zone plus large que chez l’embryon de poisson de surface.

Expérience 2

On injecte dans l’œil d’alevins, issus d’une population de surface, des ARNm du gène shh. Ces ARNm sont traduits dans les cellules de l’œil et permettent la production de la protéine Sonic Hedgehog.

Après croissance, on obtient des individus présentés ci-dessous.

Individu ayant reçu une injection d’ARNm

Individu témoin

svtT_1606_13_00C_12

svtT_1606_13_00C_13

 

© DECA-CNRS UMR 9197 – Univ. Paris-Saclay

D’après Yamamoto et al., Nature, 2004

Les clés du sujet

Comprendre le sujet

Le sujet comporte deux questions distinctes. Le document 1 se rapporte à la première partie de la question alors que les documents 2 et 3 sont à considérer pour la deuxième partie.

Les documents 2 et 3 apportent beaucoup d’informations, et parfois même la conclusion que l’on peut tirer du schéma fourni (dans le document 2 par exemple : le poisson cavernicole présente un arrêt de la croissance accompagné d’une dégénérescence de l’œil).

La difficulté est de ne pas se limiter à une paraphrase des documents mais de faire une synthèse mettant en relief les idées essentielles. Le document 3 rapporte les résultats de deux expériences. Une exploitation judicieuse de ce document consiste à proposer une hypothèse à partir de l’expérience 1 puis de la tester à l’aide des résultats de l’expérience 2.

Insistez en conclusion sur le fait que la dégénérescence de l’œil chez les poissons cavernicoles n’est pas due à une mutation de la séquence codante d’un gène de développement, mais à une mutation d’une séquence régulatrice affectant l’expression d’un gène shh.

Mobiliser ses connaissances

La définition de l’espèce peut reposer sur des critères variés (critères phénotypiques, interfécondité, etc.). Des formes vivantes différentes peuvent résulter de variations dans la chronologie et l’intensité d’expression de gènes du développement plus que d’une différence génétique, c’est-à-dire localisée au niveau de la séquence codante du gène.

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