Thème : Génétique et évolution CHAPITRE 1 : La CONSERVATION des GENOMES: STABILITE GENETIQUE et EVOLUTION CLONALE

« Thème : Génétique et évolution CHAPITRE 1 : La CONSERVATION des GENOMES: STABILITE GENETIQUE et EVOLUTION CLONALE Pando (qui, en latin, signifie « je m'étends ») est le nom donné à une immense colonie clonale de peupliers faux-trembles située à l'ouest des États-Unis dans l'Utah. Le cal obtenu in vitro par micropropagation (reproduction asexuée faite par l’Homme) à partir d’un ratio très précis de phytohormones est constitué de cellules embryonnaires dites totipotentes qui au départ de ne sont pas différenciées. Cet amas de cellules toutes identiques génétiquement constitue un CLONE cellulaire. Quelles sont les caractéristiques génétiques d’un clone (le I) et comment expliquer une relative diversité génétique (le II) ? I.

Les mitoses produisent des clones cellulaires Activité : Les caractéristiques des clones cellulaires Après avoir réalisé le protocole de mise en culture de levures, vous utiliserez l’ensemble des informations des ateliers (1 à 4) afin de compléter les tableaux et déterminer les caractéristiques des clones cellulaires. L’atelier 4 vous permettra d’aller plus loin sur la notion de clones. Atelier 1 : Mise en culture de cellules de levures ade2- Atelier 2 : Etude des plasmocytes produits en réponse à deux antigènes différents Atelier 3 : Le renouvellement des cellules intestinales Atelier 4 : Les clonages reproductif et thérapeutique Tableau montrant les caractéristiques des clones cellulaires Clones de…. Levures Plasmocytes Cellules intestinales (organisme unicellulaire champignon) (cellule immunitaire) Origine Levure mère Cellules souches LB sélectionné par intestinales dans les un Ag cryptes de l’intestin Organisation Cellules séparées et autonomes (unicellulaires) caractéristiques Fonction du clonage Reproduction asexuée Cellules séparées Tissu (cellules associées par la MEC) Sécréter des Ac Renouvellement, circulants régénération des spécifiques de cellules intestinales l’Ag Immunité adaptative à médiation humorale (moléculaire) suite à leur desquamation Clones de… Caractéristiques Origine Cellules cardiaques, sanguines, hépatiques et neurones Cellule d’un donneur dont on récupère le matériel génétique qui sera implanté dans un ovocyte énucléé. Cellules souches embryonnaires Organisation (échelle du vivant) Fonction du clonage Cellules associées en tissus grâce à la MEC Réparer un tissu ou organe défaillant = Clonage thérapeutique Application Médicale, recherche Législation en France Interdit sur les embryons humains Art.

16-4 (troisième alinéa) Loi de Bioéthique Organisme (brebis Dolly et veau Marguerite) Clones de… Caractéristiques Cellules cardiaques, sanguines, hépatiques et neurones Organisme (brebis Dolly et veau Marguerite) Origine Cellule d’un donneur (A) dont on récupère le matériel génétique qui sera implanté dans un ovocyte énucléé (B). + Stimulation de division : embryon A qui se développe Organisation (échelle du vivant) Organisme entier Fonction du clonage Créer un organisme identique au donneur = Clonage reproductif Application Recherche pour l’élevage, l’agriculture - ex: Dolly (1996) Législation en France Interdiction stricte sur l’Homme mais autorisé pour la recherche sur les animaux Bilan du I/: Une cellule qui subit une succession de mitoses donne naissance à un ensemble de cellules toutes génétiquement semblables appelé clone cellulaire. Les clones sont constitués de cellules séparées (cas de nombreuses bactéries, des levures ou de nos cellules sanguines) ou associées de façon stable (cas des tissus solides comme l’épithélium intestinal) grâce à une MEC (matrice extra cellulaire). Ces clones sont impliqués dans différentes fonctions (reproduction asexuée, renouvellement tissulaire ou défense de l’organisme). La matrice extracellulaire (MEC): C’est un assemblage de molécules qui lie les cellules entre elles et les organise en tissus. Dans la peau, la MEC constitue la majeure partie du derme.

Principalement faite d’un gel (en rose sur le schéma) et de fibres de collagène et d’élastine (molécules), elle assure notamment la résistance et l’élasticité de la peau. La MEC chez les cellules végétales: Elles sont reliées entre elles par la paroi pectocellulosique.

Elle est composée principalement de fibres de deux molécules : cellulose et pectine.

Produite par les cellules végétales qu’elle entoure, la paroi joue un rôle de protection et de soutien. Quelles sont les causes et les conséquences des modifications génétiques pouvant survenir au cours de la multiplication clonale d’une cellule ? II.

La diversité génétique au sein d’un clone repose sur les mutations Rappels : Au niveau génétique, c’est la séquence de nucléotides de l’ADN qui porte l’information nécessaire à la réalisation des caractères héréditaires de l’individu. Une mutation est une modification ALEATOIRE de la séquence de nucléotides de l’ADN (par addition, substitution ou délétion) Les mutations qui touchent les séquences des gènes provoquent l’apparition de nouveaux allèles et peuvent provoquer des modifications des caractéristiques phénotypiques des cellules qui les portent. Activité 2 : clones cellulaires et innovations génétiques 1ère partie : Estimer le nombre de mutations apparues pendant le développement d’un embryon humain (exercice maths pour lecture à la maison.) 2ème partie : Etude d’un exemple des conséquences d’une mutation au sein d’un clone cellulaire : la polydactylie et la formation d’une tumeur Travail en groupe : - groupes de 3 pendant une durée de 1h de préparation - ateliers possibles : la polydactylie, le cancer - trace écrite à produire (notes sous forme de points essentiels et de schémas) - passage à l’oral avec répartition du temps de parole durée max 6 minutes. 1ère partie : Estimer le nombre de mutations apparues pendant le développement (exercice maths) A l’aide de ces informations, estimer le nombre moyen de mutations des cellules d’un nouveau-né. Aide pour procéder par étape : •Calculer le nombre minimal de suite de mitoses nécessaires pour former les cellules d’un nouveau-né à partir d’une cellule-œuf. •Calculer le nombre moyen de nucléotides mutés dont doit hériter une cellule après un cycle réplication-mitose. •Estimer le nombre moyen de mutations portées par chaque cellule d’un nouveau-né. Calculer le nombre minimal de suite de mitoses nécessaires pour former les cellules d’un nouveau-né à partir d’une cellule-œuf. La mitose de la cellule œuf donne naissance à deux cellules qui se diviseront elles- mêmes pour donner 4 cellules etc… s’il faut x étapes de mitoses pour aboutir aux 1,25.1012 cellules du nouveau-né alors : 2x= n d’où 2x= 1,25.1012 On cherche x le nombre de mitoses donc x= log2(1,25.1012) Mais il n’y a pas de touche log2 sur toutes les calculatrices donc on ne peut pas utiliser directement la formule ci-dessus.

Il faut utiliser les propriétés des log. Sachant que log 2x = x log (2), mettre toute la formule de départ avec des log ; cela donne : x log 2= log 1,25.1012 Soit x= log 1,25.1012/log 2 x= 40,2 mitoses pour former toutes les cellules d’un nouveau-né à partir de la cellule œuf. Calculer le nombre moyen de nucléotides mutés dont doit hériter une cellule après un cycle réplication-mitose. Chacun de 12,8 milliards de nucléotides de chaque cellule a une chance sur 2,66 milliards de subir une mutation après chaque réplication.

Le nombre moyen de mutation après chaque réplication est donc : 2,66.10-9 x 12,8.109 = 34 mutations Ces mutations sont réparties entre les deux cellules filles issues de la mitose ; chaque cellule fille peut donc hériter de 17 mutations. Estimer le nombre moyen de mutations portées par chaque cellule d’un nouveau-né. Chaque cellule du nouveau né est issue d’une série de 40 mitoses environ. Une cellule héritant environ de 17 mutations. Chaque cellule d’un nouveau né peut porter en moyenne 17x40= 680 mutations! 2ème partie : étude d’exemples montrant des conséquences d’une mutation au sein d’un clone cellulaire : exemple de la polydactylie..... »