Gènes homéotiques et développement de l`aile de la chauve

TP4 – Gènes homéotiques et développement de l'aile de la chauve-souris
Les chauves-souris sont des mammifères volants. Les scientifiques considèrent que l'aile des chauves-souris est une évolution du membre antérieur-type des vertébrés.
On cherche à expliquer comment s'effectue l'action des gènes du développement dans le cas de la mise en place de l'aile chez la chauve-souris.
Ressources
Doc. Les gènes homéotiques
Les gènes homéotiques interviennent dans le développement embryonnaire.
Chez la drosophile, les gènes homéotiques forment un complexe (Hom-C) situé sur
le même chromosome.
Chez les vertébrés, les gènes Hox forment 4 complexes (a à d) situés sur 4
chromosomes différents.
Matériel disponible
Geniegen pour la comparaison de séquences
SVT_Fichiers/Geniegen/
- Fichier "Homeo13.edi" donne la séquence des protéines (homéodomaines) codée
par différents gènes homéotiques de la Drosophile et du gène Hox4 de différents
Vertébrés.
- Fichier "PRX1.edi" donne les séquences transcrite (CDS) et régulatrice (Enhancer)
du gène PRX1 chez la chauve-souris (Carollia) et chez la souris (Mus).
Dossier HTML
http://svtcharlie.free.fr/ts/ChauveSouris/
ou
SVT_Fichiers/Html/ChauveSouris/index.html
Points abordés par le dossier :
- Comparaison des membres antérieurs d'une souris et d'une chauve-souris.
- Mode d'action des gènes homéotiques.
- Action des gènes du développement : BMP2 et PRX1.
Les gènes homéotiques forment une famille multigénique, c'est-à-dire qu'ils sont
issus d'un gène ancestral commun.
Ils présentent une forte homologie de séquence.
Des séquences nucléotidiques dont l'identité est supérieure ou égale à 40 % sont
considérées comme homologues.
Des séquences polypeptidiques dont l'identité est supérieure ou égale à 20 % sont
considérées comme homologues.
Réaliser les protocoles permettant de montrer que :
- les gènes homéotiques constituent une famille multigénique ;
- les gènes homéotiques ont été conservés au cours de l'évolution.
A partir du dossier html, extraire les informations permettant de préciser le rôle des gènes BMP2 et PRX1 dans le développement de l'aile de la chauve-souris.
Réaliser le protocole permettant de montrer que la modification de l'expression du gène PRX1 chez la chauve-souris est davantage la conséquence de mutations de la
séquence régulatrice du gène que de la modification de la protéine produite.
Construire un schéma fonctionnel expliquant la mise en place de l'aile à partir de l'ancêtre commun avec la Souris.
CORRIGÉ
Les gènes homéotiques constituent une famille multigénique
Il faut comparer les séquences de gènes homéotiques différents.
Ressemblances en % des protéines codées par les gènes homéotiques de la
drosophile
Ubx
Abd-A
Antp
Dfd
Pb
Lab
91,80
88,52
72,13
63,93
60,66
90,16
73,77
67,21
63,93
80,33
65,57
65,57
67,21
65,57
Abd-A
Antp
Dfd
Pb
Il faut comparer les séquences régulatrices du gène PRX1 de la chauve-souris et de
la souris d'une part, les séquences transcrites d'autre part.
Il faut également comparer les séquences polypeptidiques des protéines produites
par le gène chez la souris et la chauve-souris.
Comparaison des gènes PRX1 de la chauve-souris et de la souris et de la protéine
codée par le gène PRX1
Nombre de nucléotides différents
entre les séquences d'ADN
63,93
On observe des pourcentages de ressemblance entre les gènes supérieurs à 60 %.
Ces gènes ont donc tous la même origine, ils constituent une famille multigénique
issue d'un même gène ancestral.
Les gènes homéotiques ont été conservés au cours de l'évolution
Il faut comparer le gène Dfd et son équivalent (Hox4) de différents vertébrés.
Ressemblances en % des protéines codées par le gène Dfd de la drosophile et le
gène Hox4 de différents vertébrés
Dfd
Drosophile
La modification de l'expression du gène PRX1 chez la chauve-souris est
davantage la conséquence de mutations de la séquence régulatrice du gène
que de la modification de la protéine produite
Hox4
Souris
Hox4
Homme
Hox4
Poule
Hox4
Grenouille
Hox4
Poisson
88,52
88,52
88,52
90,16
90,16
Le pourcentage de ressemblances entre le gène Dfd et le gène Hox4 de Vertébrés est
très élevé (>88%).
Donc ce gène a été conservé durant l'évolution, il n'a subit que très peu de
mutations.
Développement de l'aile de la Chauve-souris
Le développement de l'avant-bras et des doigts est plus important chez la chauvesouris que chez la souris.
Deux gènes du développement sont impliqués : BMP2 et PRX1.
BMP2 produit une protéine qui agit sur les bourgeons des membres. Cette protéine
favorise l'allongement des doigts.
PRX1 favorise également l'allongement des os, en particulier ceux de l'avant-bras.
PRX1 est beaucoup plus actif en intensité et dans la durée chez la chauve-souris que
chez la souris.
régulatrice
transcrite
Nombre d'acides aminés différents
entre les séquences protéiques du
facteur de transcription produit
104 (19%)
14 (1,9%)
2
On observe que les séquences régulatrices présentent beaucoup plus de différences
que les séquences transcrites.
Le petit nombre de différences entre les séquences transcrites n'a pratiquement pas
de conséquence sur la protéine produite par le gène PRX1.
La différence d'activité du gène PRX1 chez la chauve-souris s'explique plus
vraisemblablement par les mutations de la séquence régulatrice du gène.
Bilan :