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LA CREATION DU PLACENTA CHEZ LES MAMMIFERES: le transfert horizontal de gène Lors de l'implantation de l'embryon dans la paroi de l'utérus, certaines cellules.

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1 LA CREATION DU PLACENTA CHEZ LES MAMMIFERES: le transfert horizontal de gène Lors de l'implantation de l'embryon dans la paroi de l'utérus, certaines cellules de l'embryon fusionnent entre elles, formant ainsi des cellules "géantes" à plusieurs noyaux qui constitueront le placenta. Cette structure est indispensable permettant les échanges de nutriments et d'oxygène entre la mère et l'enfant. Les chercheurs ont identifié une protéine, la Syncytine que possèdent tous les mammifères.

2 Ne possède pas de mitochondrie, de reticulum endoplasmique, de ribosomes INCAPABLE DE SE REPRODUIRE Rétrovirus ou virus à ARN Génome viral= ARN

3 Les étapes du cycle viral peuvent être résumées ainsi : 1)-fixation du virus à une cellule de lhôte grâce aux protéines denveloppe (protéines env) qui se lient à des récepteurs membranaires cellulaires ; cela entraîne la fusion de lenveloppe virale avec la membrane cellulaire et lentrée de la capside virale dans la cellule 2)-décapsidation et libération du génome viral dans la cellule ; 3)- rétro-transcription de lARN viral en ADN grâce à lenzyme transcriptase inverse, transfert de lADN viral dans le noyau et incorporation dans lADN de la cellule hôte ; 4)- expression de lADN viral, ce qui conduit finalement à la production de nouvelles particules virales qui bourgeonnent à la surface de la cellule parasitée et sont libérées. Lenveloppe virale est donc dorigine cellulaire. Les particules virales produites peuvent infecter dautres cellules.

4 Reconnaissance spécifique :Le virus se fixe sur une cellule cible possédant des récepteurs spécifiques Reconstitution des virus Les protéines virales et l'ARN viral sont associés pour reformer des virus. Les protéines virales membranaires sont intégrées à la membrane du lymphocyte. Bourgeonnement et libération Le virus bourgeonne, emportant un fragment de la membrane plasmique Pénétration et décapsidation: Rétrotranscription et intégration Grâce à la rétrotranscriptase virale, l'ARN viral est rétrotranscrit en ADN double brin. Cet ADN pénètre dans le noyau, où il s'intègre au génome de la cellule hôte. Synthèse des protéines virales et de l'ARN viral L'ADN proviral est transcrit en ARN viral par l'ARN polymérase de la cellule Fabrication des protéines virales en utilisant les organistes, les ribosomes, les mitochondries et les enzymes de la cellule hôte.

5 Embryons -/-Défaut de formation du placenta. Meurent à mi-gestation. Expérience 2 : Transfert des gènes rétroviraux herv dans les cellules cultivées in vivo Ces cellules ont fusionné entre elles formant une cellule géante à plusieurs noyaux (syncitium). Expérience 3 : Mutation du gène herv multiplication sans problème chez les souris nude ( système immunitaire détruit par irradiation) mais pas de multiplication chez les souris normales. Exp é rience 1 : Inactivation chez la souris du g è ne codant une syncytine.

6 E. coli O104:H4: Transfert de gènes et état de guerre... bactériologique 14 juin Le bilan de l'épidémie d'Escherichia coli O104:H4 35 morts une centaine de cas graves avec détérioration des fonctions rénales cas de malades confirmés ou suspectés, dans 16 pays (Allemagne, Danemark, Suède, Autriche, Canada, France, République tchèque, Grèce, Pays-Bas, Luxembourg, Norvège, Pologne, Espagne, Suisse, Grande-Bretagne et Etats-Unis). Source de l'épidémie à été confirmée: il s'agit d'une ferme biologique du nord de l'Allemagne. Transfert de gènes entre deux bactéries hypertoxicité

7 des molécules homologues Cette comparaison des gènes des globines humaines mais en évidence une parenté moléculaire importante et fait de ces molécules de globines des molécules homologues. une famille multigénique On dit que les gènes des globines forment une famille multigénique. Séquence s AlphaBetaGammaDelta Alpha Beta Gamma Delta100 Document 3 : Tableau indiquant la présence des hormones étudiées dans les différents groupes des Vertébrés ainsi que lâge des plus anciens fossiles connus pour chacun de ces groupes. Globines Age des plus anciens fossiles connus (Ma) PoissonsGlobine α450 AmphibiensGlobine α et γ300 ReptilesGlobine, α, γ et δ150 MammifèresGlobine α, γ, β et δ40 Les familles multigéniques: un crossing-over inégal

8 Document 2: Lhémoglobine est formé des 4 chaînes protéiques, chacune contient un hème qui fixe O2) Au cours du développement de lorganisme humain, il y a des changements dans la nature des molécules dhémoglobine : - Avant la naissance : hémoglobine embryonnaire (ε et ζ): hémoglobine fœtale F (α et γ) - Après la naissance : 97 % sous forme dhémoglobine A (α et β) + un peu dhémoglobine F + un peu dhémoglobine D (α et δ) ; il y a donc 6 molécules protéiques différentes qui peuvent faire partie dune hémoglobine. Chaque protéine est codée par un gène différent : α et ζ sont sur le chromosome 16 ; ε, γ, δ, β sont sur le chromosome 11 (ce ne sont pas des allèles dun gène situé au même locus, mais des gènes différents). Par ailleurs, une protéine assez voisine est présente dans les muscles – la myoglobine : le gène qui code pour cette protéine est situé sur le chromosome 22. Les trois hémoglobines ont toutes la propriété dassurer le transport du dioxygène. Laffinité pour le dioxygène est plus grande pour lhémoglobine F que pour les hémoglobines A et D :Lhémoglobine fœtale fixe mieux le dioxygène à faible pression ( en milieu liquide par exemple) que lhémoglobine adulte qui elle, fixe mieux le dioxygène à forte pression ( dans lair)

9 Document 4: Schéma montrant un crossing-over inégal et ses conséquences Après un chiasma mal effectué va avoir lieu un crossing-over inégal où un chromosome reçoit un brin plus long que celui qu'il a cédé. Les gènes présents sur ce brin mais pas sur celui qui a été cédé se retrouveront alors en double sur le chromosome. Document 5: Carte génétique simplifiée des chromosomes 11 et 16 chez l'homme

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11 Exemple de famille multigénique: La vasotocine (AVT) provoque la contraction des petits muscles de la paroi des artères (rôle dans le contrôle de la circulation sanguine). Locytocine (OT) permet la contraction des muscles lisses des voies génitales femelles (en particulier, lutérus chez les mammifères). La vasopressine (ADH) est une hormone antidiurétique limite la quantité des urines par réabsorption de leau au niveau des reins. La famille des gènes LH, FSH, TSH et HCG FSH stimule la croissance des follicules de lovaire avant lovulation chez le femelle et active la spermatogenèse chez le mâle. LH déclenche lovulation et transformation du follicule en corps jaune chez la femelle ou la production de testostérone chez le mâle. GTH stimule les gonades (ovaire ou testicules) chez les poissons. TSH stimule la thyroïde HCG, sécrétée par le placenta (embryon) stimule le corps jaune de lovaire lors de la grossesse.

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15 LE PASSAGE DE LA NAGEOIRE A LA PATTE Document 2: Conséquences de différentes mutations du gène Hox D 13 sur la main de l'homme. Au cours du développement du squelette, le cartilage est remplacé par de l'os. Des études récentes ont montrée que une mutation de HoxD13 entraine un retard de l'ossification et donc des malformations Document 1: Organisation des complexes de gènes Hox et leurs domaines d'expression chez trois animaux Chaque espèce est caractérisée par un plan d'organisation qui lui est propre. Les gènes Hox sont des gènes homéotiques formant une famille multigénique. La combinaison des gènes Hox s'exprimant dans une région donnée est élément clé qui détermine l'organe qu'elle va former. Leur couleur permet d'établir la correspondance entre les gènes et les régions du corps dont ils gouvernent le développement. Deux gènes sont représentés par la même couleur lorsqu'ils dérivent du même gène ancestral

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17 Document 4: Arbre simplifié montrant la séparation entre les poissons et les tétrapodes. Le panderichtys et l'ichthystéga vivaient il y a environ millions d'années. un tétrapode est un organisme possédant 4 pattes. Document 5: Comparaison de l'expression du gène HoxD13 lors de la formation des membres postérieurs chez l'embryons du poisson-zèbre et celui de la souris. La formation du membre débute par un bourgeonnement. Acanthostega, un des premiers tétrapodes, présente des caractères de poisson (queue, branchies) et d'amphibien (pattes, cage thoracique)

18 Document 6:En 1835, de passage dans l'archipel des Galápagos, Charles Darwin décrit des pinsons et répertorie 13 espèces qui diffèrent par la largeur du bec. Des scientifiques ont cherché à comprendre l'origine de cette différence en s'intéressant plus particulièrement aux gènes de développement. Document A:Expression du gène Bmp4 lors de la différenciation du bec chez deux espèces/ le pinson à bec moyen et le pinson à gros bec On analyse ici l'expression de l'ARNm du gène Bmp4 dans la région de l'embryon à l'origine du bec. L'ARNm est détecté grace à un marquage produisant une coloration noire sur des coupes de tissus observées au microscope optique. la précocité lintensité létendue de la zone dexpression = Variation de la taille du bac

19 introduction de BMP4 chez des embryons de poulet induit une augmentation de la taille du bec quand il est surexprimé et une diminution de sa taille quand il est sous- exprimé. on déduit que ce gène influence la taille du bec et selon lintensité de son expression stimule la croissance ou linhibe.

20 Conclusion : Les gènes homéotiques orientent des zones de lorganisme vers un type de développement Ils forment une famille multigénique au sein dune même espèce. Ils diffèrent peu génétiquement entre espèces ce qui prouve leur parenté Cest le lieu, lintensité et le moment de leur expression qui va influencer grandement la morphologie de lindividu et qui sont donc source de diversification

21 Une espèce/forme polyploïde contient plus de deux jeux complets de chromosomes Haploïde x=5 Diploïde 2x=10 Triploïde 3x=15 Tétraploïde 4x=20 Le nombre de chromosomes de lorganisme est un multiple (>2) du nombre chromosomique de base Pentaploide (5x) Hexaploide (6x) Heptaploide (7x) Octaploide (8x) ….

22 1er Polyploidisation ans Apparition du blé dur ( blé à pâtes) 2d Polyploidisation ans Apparition du blé tendre

23 Deux individus appartenant à 2 espèces différentes peuvent shybrider =HYBRIDATION Chromosomes provenant de deux espèces différentes ils ne sont pas homologues les hybrides interspécifiques sont en général stériles Un événement accidentel de doublement des chromosomes peut suivre lhybridation chaque chromosome retrouve son homologue =POLYPLOIDISATION Méiose possible Fertilité rétablie Nouvelle espèce = DIVERSIFICATION

24 Si chez ces individus la méiose est anormale, et que des gamètes conservent lensemble du génome, alors la fécondation de ces gamètes aboutit à un individu polyploïde : il a lensemble du génome des 2 espèces et chaque chromosome est organisé par paire Dans le monde végétal, les événements de polyploïdisation ont été relativement fréquents 70 % des plantes à fleurs (angiospermes) ont eu au moins un événement de polyploïdisation dans leur histoire évolutive

25 Deux origines pour les polyploides AUTOPOLYPLOIDE : duplication des chromosomes au sein de la même espèce Pomme de terre - 4x - 48 chromosomes Banane – 3x – 33 chromosomes Cacahuète – 4x – 40 chromosomes Patate douce – 6x– 90 chromosomes ALLOPOLYPLOIDE : Hybridation entre deux ou plusieurs espèces Tabac – 4x – 48 chromosomes Coton – 4x – 52 chromosomes Blé tendre – 6x – 42 chromosomes Avoine – 6x – 42 chromosomes Canne à sucre – 8x – 80 chromosomes Fraise – 8x –56 chromosomes

26 En plus, elles sont obtenues par la technique dite de polyploïdisation : des triplets de chromosomes et non 10 paires comme les huîtres sauvages. -stériles, elles ne produisent pas de laitance durant lété (période de reproduction) et restent donc dans les critères de goût des Français toute lannée. -Les huîtres laiteuses sont peu appréciées et la récolte des sauvages ne se fait donc pas lété. De plus, une huître diploïde met trois ans pour parvenir à maturité, alors quune triploïde nen met que deux. Pourtant la triploïde na jamais fait lunanimité chez les éleveurs.

27 Caryotype de fœtus non viable( avortement spontané)

28 Caryotype de cellule cancéreuse chez la souris

29 29 Diversification génétique Diversification des êtres vivants Apport de tout ou partie dun génome dune autre espèce Hybridation Polyploïdisation Transfert viral Variations dues à lexpression du génome sans modification de celui-ci ChronologieIntensité Duplication Transposition

30 Cette symbiose permet la survie à la surface de supports vari é s dans des milieux souvent hostiles (exposition à la s é cheresse, à de fortes temp é ratures, etc.). Cette association est durable, reproductible (elle donne naissance à de nouveaux individus, à la formation d'une nouvelle unit é fonctionnelle) avec des b é n é fices r é ciproques pour les partenaires : l'algue retire de la relation un apport important en eau et en sels min é raux ainsi qu'un g î te puisque le champignon capte les eaux de pluies et les sels min é raux, le champignon, h é t é rotrophe, retire le glucose n é cessaire à sa croissance que produit l'algue par la photosynth è se. Cette association entra î ne des modifications morphologiques et physiologiques: les deux partenaires participent à la production d'acides lich é niques responsables de la couleurs et de la toxicit é du lichen, les prot é geant des trop fortes intensit é s lumineuses et des pr é dateurs Photographie d'une coupe transversale de lichen observ é e au MEB Photographie d'une coupe transversale de lichen observ é e au MET Filament du champignon Algue unicellulaire Exemple 2: L'exemple des lichens

31 Document 1: Des é changes entre une bact é rie et une plante La famille des fabac é es ( plantes l é gumineuses) a une grande importance dans l'alimentation humaine et des animaux domestiques. le pois, le haricot, le soja en font partie. Les l é gumineuses pr é sentent sur leurs racines des renflements: des nodosit é s. L'observation de ces structure r é v è le la pr é sence de bact é rie du genre rhizobium Document 2: Des r é sultats d'exp é riences. Doc 2a: Des plants de soja contenant des nodosit é s sont cultiv é s dans un milieu contenant du carbone radioactif sous forme de CO2.Ce carbone est absorb é par la plante qui le transforme en saccharose. La radioactivit é est recherch é e dans les racines et les bact é ries. Doc2b: la croissance de plants inocul é s ou non avec des bact é ries du genre rhizobium a é t é mesur é e. La masse totale d'azote dans ces plants a é t é enregistr é e. Doc 2a: Variation de la radioactivit é en fonction du temps Doc2b: Comparaison de la croissance apr è s un an de culture. La bact é rie produit une protéine, la nitrog é nase, qui est capable de transformer l'azote atmosph é rique en une forme utilisable par la plante. Cette protéine n'est pas produite lorsque la bact é rie vit seule. Sans cette protéine, la plante ne pr é l è ve l'azote que sous la forme de nitrate dans le sol Exemple 3: lexemple des nodosités

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33 La flore intestinal est composée de 500 à 1000 espèces différentes et un total de cent mille milliards de bactéries (10 14 ) ce qui fait une masse denviron 1,5 kg ! On dit que ces bactéries sont symbiotiques: 1)- Pour lhomme digestion facilitée et synthèse de vitamine. - Beaucoup de bactéries sont capables de décomposer les hydrates de carbone (sucres) que l'être humain ne pourrait pas digérer autrement mais aussi la cellulose. - Elles synthétisent de la vitamine K: Elle favorise la synthèse de facteurs de coagulation sanguine, la fixation du calcium par les os, la souplesse des artères et le bon état des vaisseaux sanguins en général, des tendons, cartilages.coagulation sanguinecalciumartèresvaisseaux sanguinstendonscartilages 2)- Pour les bactéries hébergement et nourriture.

34 Au japon, sur l'île de Koshima, une petite troupe de macaques de 49 individus a été étudiée par des chercheurs dans les années Ces derniers jetaient régulièrement des grains de blé sur la plage, que les macaques récoltaient un à un pour les manger. En 1956, une jeune femelle de 4 ans eut l'idée de prendre des poignées de sable mélangé à des grains de blé, puis de les jeter dans l'eau de mer. Le sable tombait au fond de l'eau et les grains flottaient: ces derniers étaient ainsi plus facile à récolter. la pratique du lavage s'est peu à peu répandue dans la populations. Les macaques vivent en groupe. les mères ont des relations étroites avec leur petit, notamment au moment des repas, qu'ils prennent côte à côte. Vers 4 ans le jeune mâle prend son indépendance et a beaucoup moins de relation avec les autres membres du groupe. les petits passent moins de temps à jouer ensemble et à s'imiter l'un l'autre.

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