TP9 : Proximité génétique et éloignement phénotypique entre l’Homme et certains singes

Plusieurs comparaisons entre différentes espèces de primates vont permettre de placer l’homme dans l’évolution en recherchant, dans un premier temps, ses plus proches cousins actuels.

• Comparaison moléculaire de protéines communes aux primates, comme les opsines permettant la vision des couleurs ou les globines.
• Comparaison génétique de gènes communs aux primates comme le gène du NAD (Nicotinamide adénine dinucléotide) présent dans toutes les cellules du vivant et impliqué dans les réactions transportant les électrons dans les mitochondries et les chloroplastes pour permettre la production d’énergie sous forme d’ATP.
• Comparaison des caryotypes de l’homme, du chimpanzé et du gorille.

Activité 1 : Rechercher nos cousins les plus proches…

Problème : Comment des analyses moléculaires permettent d’établir des liens de parenté entre les primates?

Rappel :

Afin de préciser la place de l’Homme au sein du groupe des primates, vous allez utiliser des données moléculaires.

Principe : Le degré de similitude entre molécules homologues chez 2 espèces est assimilé au degré de parenté : le nombre de différences observées entre 2 séquences (nucléotidiques ou protéiques) est d’autant plus grand que l’ancêtre commun à ces 2 espèces est éloigné.

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Consigne :

• Pour chaque comparaison, décrire l’arbre phylogénétique obtenu. Déterminer, en compilant plusieurs arbres, l’espèce la plus proche de nous et discuter cette « proximité »

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1. Comparaison de séquences protéiques : Pour cela utilisation le logiciel Phylogène.

• Ouvrir Phylogène, choisir la collection « Archontes (Primates) »
• Dans le menu « Fichier » ouvrir le fichier COX2-Primates.aln dans le menu « Fichier de molécules » et construire la matrice des distances et l’arbre phylogénétique entre les espèces suivantes : Homme, Gibbon, Chimpanzé et Gorille.
• Choisir dans les « Options » de représenter les distances en pourcentage. Afin d’afficher ces distances sur l’arbre.
• Faire la même chose avec d’autres fichiers de protéines contenus dans le même dossier.

2. Comparaison de séquences nucléotidiques (gène du NAD) : Pour cela utilisation d’Anagène.

Le logiciel « Anagène » permet de comparer les séquences nucléotidiques de gènes codant pour des molécules homologues.

• Ouvrir le fichier « NAD-primate.edi ». Construire un tableau des distances génétiques (différences en pourcentages) entre les gènes NAD des 4 espèces.
• A partir de la matrice obtenue, sélectionner le bon arbre phylogénétique (distribués) en justifiant (pourquoi c’est lui le bon et pourquoi ce ne sont pas les autres!)

3. Comparaison des caryotypes. http://dboudeau.fr/site/wp-content/uploads/2013/11/compchimp1.swf

• Suivre les indications de l’animation, répondre aux questions posées et compléter le tableau suivant :

Activité 2 : Comparer l’expression du génome de l’Homme et du Chimpanzé

Problème : Comment expliquer que de faibles différences génomiques entraînent d’importantes différences morphologiques?

Document 1  : Vidéos montrant les chronologies comparées du développement du crâne du chimpanzé et le l’Homme

http://dboudeau.fr/site/wp-content/uploads/2013/11/evolcrane.html

Document 2 : Document 1 p.86 (ci-contre)

Document3 : Les gènes du développement

Des formes nouvelles d’êtres vivants, avec des plans d’organisation originaux, ont pu apparaître au cours du temps. Ces formes sont sous le contrôle de gènes du développement, dits « gènes homéotiques ».

Termes à utiliser dans la réponse :

• Néoténie : Possibilité de reproduction d’individus ayant gardé des caractères infantiles.
• Hétérochronie : Différence de développement dans le temps des organes les uns par rapport aux autres. Par rapport au type ancestral, l’hétérochronie peut présenter une accélération ou une décélération du développement embryonnaire.
• Décélération : Ralentissement du développement de l’organe par rapport à l’ancêtre,
• Accélération : La forme ancestrale apparaît plus tôt au cours du développement que chez l’ancêtre.
• Hypomorphose : La croissance s’arrête rapidement, donnant une taille du descendant inférieure et à morphologie juvénile.
• Hypermorphose : Croissance de l’individu prolongée, la morphologie atteinte est celle d’un adulte, mais exagérée.

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Consignes :

• Commenter les deux animations sur la croissance des crânes.
• Comparer les formes des crânes entre les deux espèces, à l’âge embryonnaire, puis à l’âge adulte. Comparer le développement de la face par rapport au cerveau. Utiliser les expressions « caractère juvénile », « caractère adulte ».
• Décrire les observations présentées dans le document 2 (Utiliser les expressions « vitesse de développement », « durée du stade infantile », « hétérochronie » …).
• Montrer en conclusion, comment des innovations génétiques (touchant tout particulièrement les gènes homéotiques) peuvent être responsables de l’évolution des Homininés (aidez-vous du document 3).

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