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Des suggestions d'activités pour ce thème

Il s'agit ici de faire travailler et réfléchir sur la notion de génome, la structure des génomes, la diversité des génomes, l'évolution des génomes au sein d'une même cellule, en prenant comme exemple les plantes en général et le Blé en particulier.

Proposition d'activité 1

 Des modalités de transmission héréditaire distinctes selon les organelles

Documents

  • électronographie montrant la présence d'ADN dans les organelles, mitochondrie et chloroplaste
  • texte expliquant la transmission (le plus souvent) maternelle de caractères associés aux mitochondries et/ou aux chloroplastes chez les végétaux (et exemple rappelant l transmission biparentale pour les caractères génétiques contrôlés par le noyau)
  • électrophorégramme de restriction (par la même enzyme) pour les ADN nucléaire, chloroplastique et mitochondrial (au sein d'une même espèce) (ce document est commenté en annexe)
  • données de synthèse protéique (in organello) en présence ou non d'inhibiteurs de la synthèse des protéines ; soit inhibition de la synthèse protéique dans le noyau, soit dans le chloroplaste (et commentaire concernant les sous-unités de la Rubisco)

Objectifs

  • par la mise en relation de documents fournis, montrez que les plantes possèdent une hérédité complexe mettant en jeu différents compartiments cellulaires et différentes modalités

Réponses attendues

  • hérédité biparentale pour l'ADN situé dans le noyau (génome nucléaire)
  • hérédité maternelle pour les ADN cp et mt situés respectivement dans les chloroplastes et les mitochondries (la démonstration est seulement donnée pour le chloroplaste)

Exemple de problème restant posé (hors programme)

  • comment une protéine enzymatique comme la Rubisco est-elle synthétisée et rendue fonctionnelle alors qu'elle est constituée de 2 sous-unités dont les gènes sont situés l'un dans le noyau, l'autre dans le chloroplaste ?

 

 

Proposition d'activité 2

 La phylogénie du blé regardée du côté du cytoplasme

Documents

  • illustration des différentes plantes étudiées (graminées apparentées au blé)
  • rappel sur l'origine du génome nucléaire du blé (blé tendre, blé dur et engrain)
  • électrophorégrammes de restriction pour les ADN chloroplastique et mitochondrial des différentes espèces étudiées
  • rappel sur l'hérédité biparentale du génome nucléaire et l'hérédité maternelle des génomes des organelles
  • indication sur le taux d'évolution des génomes nucléaires et cytoplasmiques

Objectifs

  • identifiez parmi les espèces étudiées celle(s) ayant vraisemblablement joué le rôle de parent(s) femelle(s) dans la généalogie du blé domestique

Réponses attendues

  • Aegilops xxx donneur du cytoplasme pour le blé dur
  • Triticum turgidum (blé dur) ayant joué le rôle de parent femelle pour le blé tendre

Exemple de problème restant posé (hors programme)

  • comment des génomes au sein d'une même cellule peuvent-ils évoluer à des rythmes différents ?

 

 

Proposition d'activité 3

 Les remaniements des génomes des organelles

Documents

  • schéma illustrant les mécanismes de "flip-flop" et de "looping out" : il s'agit de mécanismes de recombinaison homologue entre des séquences répétées inversées (en anglais IR, inverted repeat ; pour le mécansime flip-flop) ou répétées directes (en anglais DR, direct repeat ; pour le mécanisme de looping out)
  • carte des séquences répétées directes et inverses pour le génome cp (SSC et LSC sont les régions uniques - non répétées - respectivement petite Small Single Copy et grande Large Single Copy)
  • carte des séquences répétées directes et inverses pour le génome mt (une version simplifiée)
  • électrophorégrammes de restriction pour les ADN chloroplastique et mitochondrial (avec commentaire sur la stoechiométrie des bandes)
  • indication sur le taux d'évolution des génomes cp (plus stable) et mt (plus variable)
  • données montrant la stabilité du profil de restriction de l'ADN mt dans différents tissus

Objectifs

  • montrez comment du fait de recombinaisons homologues par crossing-over, les génomes cp et mt évoluent au cours du temps et peuvent  constituer une population hétérogène de molécules au sein d'une même (on se limitera par exemple à quelques molécules [2-3] et uniquement  des recombinaisons intramoléculaires)

Réponses attendues

  • ADN cp plus stable car seulement un couple de séquences IR (2 états possibles)
  • ADN mt extrêmement variable du fait de séquences IR et DR (d'où un grand nombre de combinaisons possibles)

Exemple de problème restant posé (hors programme)

  • comment en dépit de l'immense variabilité - qui apparaît de prime abord essentiellement guidée par le hasard -  peut-il y avoir stabilité au cours du temps et dans différents tissus des populations de molécules d'ADN mt ? (Notons ici que la réponse n'est toujours pas connue, F. Quétier comm. pers.)