Divesification génétique et diversification des êtres vivants 2 (TS)

Modification d'expression de certains gènes du développement

Document 1. Comparaison de la colonne vertébrale chez un lézard et un serpent
Les serpents, lézards et geckos constituent le groupe des Squamates.

Document 2. Photo d'un Python réticulé (Malayopython reticulatus)
Parmi les plus grands serpents du monde. Jusqu'à 10 m et 150 kg. Aire de répartition : Asie du sud

Document 3. Ergots péricloaquaux (reliques de pattes) chez un Python

Document 4a. Squelette d'un embryon de Python au 24ème jour

La flèche montre l'emplacement des rudiments de pattes arrières qui ont été otées pour préserver la visibilité des vertèbres

Document 4b. Détail de la région cervicale de l'embryon de Python
L'atlas est le nom de la première vertèbre cervicale.

Document 4c. Vue ventrale d'un embryon de Python de 14 jours
Le bassin est visible, poursuivi par deux fémurs très courts.

Document 4d. Détail de la région génitale d'un embryon de Python de 24 jours

Les rudiments de membres postérieurs ont été enlevés. La flèche indique la dernière vertèbre portant une côte flottante. Les vertèbres lombaires sont marquées par des astérisques.  

 

Document 4e. MEB (microscopie électronique à balayage, fausses couleurs) de la région lombaire d'un embryon de Python de 4 jours

hlb : bourgeon de membre arrière gauche

gt : tubercule génitale

Document 5a. Arbre phylogénétique proposé par les chercheurs

Document 5b. Les Mosasaures

Famille de Squamates marins d'origine terrestre, ayant vécu au Crétacé. Carnivores, ces animaux mesuraient de 3 à 18 mètres et pouvaient posséder jusqu'à 150 vertèbres. Ils se déplaçaient en nageant comme les dauphins actuels.

Document 5c. Eupodophis descouensi

Espèce fossile de serpent datant du début du Crétacé supérieur, découverte au Liban et possédant deux petites pattes à l'arrière. Elle a été décrite en 2000. 

Document 5d. Scolecophidiens
Groupe de serpents de petite taille, en général fouisseurs et aveugles

Exemple : Typhlops vermicularis

Document 5e. Colubridés
Famille de serpents dont l'exemple type est la couleuvre

Exemple : couleuvre à collier (Natrix natrix)

Document 5f. Boïdés et Pythonidés

Serpents constricteurs, en général de grande taille, caractérisés par la présence de reliques de pattes

Exemple : zone anale d'un Python de Boelens (Simalia boeleni) vivant en Nouvelle-Guinée

Document 6. Description de Tetrapodophis amplectus (Martill, Tichlinger et Longrich, 2015)

Serpent fossile découvert au Brésil, plus ancien que Eupodophis descouensi. De petite taille (20 cm), il présente la particularité de posséder 4 pattes. Les pattes antérieures sont petites et fonctionnelles (1cm), mais les pattes postérieures sont bien développées avec des longs doigts faits pour agripper et ne ressemblant en rien au nageoires des Mosasaures. De ce fait, les auteurs de l'article qui présente le fossile, réfutent la filiation avec les Mosasaures et rapprochent Tetrapodophis des lézards terrestres.

Tetrapodophis amplectus

Pattes arrières de Tetrapodophis amplectus

Document 7. Gènes homéotiques et gènes Hox

Un gène homéotique est un gène qui détermine le plan d'organisation d'un être vivant, c’est-à-dire la place des organes les uns par rapport aux autres, et selon les axes de polarité (axe antéro-postérieur ; axe dorso-ventral). La découverte des gènes homéotiques s'est faite à partir de l'étude de certaines mutations dites homéotiques ou homéose. Ce sont des modifications spectaculaires du plan d'organisation, comme la substitution dans une région du corps d'un organe par un autre provenant d'une autre région. Ce type de mutation a été nommée homéose (d'après le terme grec homeo, identique). On parle donc de mutation homéotique.

Le groupe de gènes Hox est commun aux animaux bilatériens. Les gènes Hox sont une catégorie particulière de gènes homéotiques. L'expression des gènes Hox est impliquée dans l'identité cellulaire le long de l'axe antéro-postérieur. Elle a été étudiée dans les organes embryonnaires des organismes axiaux vertébrés, comme le tube neural, la colonne vertébrale et la morphogenèse des membres. Ces gènes sont très importants pour le développement.

Document 8a. Etude de l'expression du gène HoxC8 chez un embryon de poulet
Une technique immunologique permet de repérer et de visualiser l'expression des gènes Hox. Les flèches délimitent le début et la fin de l'expression du gène HoxC8

Document 8b. Etude de l'expression du gène HoxC8 chez un embryon de Python (partie arrière)
hlb : bourgeon de membre arrière
gt : tubercule génitale

Document 8c. Etude de l'expression du gène HoxC8 chez un embryon de Python (partie avant)

Document 8d. On étudie de la même façon deux autres gènes du développement HoxC6 et HoxB5. Lez zones d'expression de chaque gène sont indiquées par une couleur sur le schéma ci-dessous

Document 9a. On a étudié la différenciation du membre chez le Python et le poulet et plus particulièrement le développement des doigts. On sait que la protéine codée par le gène du développement Shh intervient dans la croissance des doigts. On fait un test de coloration de cette protéine chez l'embryon de python. On constate que le bourgeon de patte (HLB) ne présente aucune coloration.

Document 9b. Coloration de la protéine chez le bourgeon d'aile d'un embryon de poulet. On observe un gradient décroissant de coloration de la face ventrale vers la face dorsale.

Document 9c. Bourgeon d'aile d'embryon de poulet sur laquelle a été greffé du tissu de membre arrière de Python. On constate une expression du gène Shh à ce niveau.

Documents 9d et 9e. Ailes de poulet issues d'embryons greffés (document ci-dessus). Les doigts sont numérotés et les doigts surnuméraires indiqués par des astérisques.