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Démarche plan d'organisation

Proposition de démarche pédagogique

(Démarche proposée par Anne Florimond et Alain Pothet)

La logique de la démarche

L'étude des plans d'organisation chez divers Vertébrés constitue le point de départ de la démarche. Dans cette première étape des activités pratiques sont proposées dans le but d'aboutir à l'idée qu'il existe un plan d'organisation commun aux Vertébrés, souligné par des axes de polarité autour desquels les divers organes se positionnent de façon identique chez différentes espèces. 

Ceci permet de poser le problème de la façon dont se met en place le plan d'organisation au cours du développement et d'aborder le déroulement du développement embryonnaire chez différentes espèces. 

La question se pose de savoir de quelle façon le programme génétique gouverne le développement des organismes et donc le déterminisme génétique de la mise en place du plan d'organisation. Les activités basées sur l'observation de phénotypes mutés sont ici proposées pour mettre en évidence l'existence de gènes responsables du développement (gènes homéotiques). Des documents et des séquences moléculaires permettent d'étudier la localisation de ces gènes, leur mode d'expression et leur structure, celle-ci étant mise en relation avec la fonction des gènes homéotiques. 

Les similitudes entre divers gènes homéotiques chez différentes espèces amène à dégager l'idée d'une origine commune des êtres vivants. 

Un déroulement possible

I - Les plans d'organisation

Objectifs Documents Activités
Dégager les grands axes du plan d'organisation d'un être vivant et mettre en évidence les similitudes de polarité entre des espèces différentes.  Les dissections
  •  La grenouille
  • Un poisson teleostéen 
  • La souris
  • Construction d'un diagramme de polarité  pour chaque espèce

    Comparaison, voire superposition des plans d'organisation d'espèces différentes.

     

    II - La mise en place des plans d'organisation : les développements embryonnaires

    Objectifs Documents Activités
    A) Mettre en évidence la chronologie de mise en place des axes de polarité (antéro-postérieur, dorso-ventral et gauche-droite) du plan d'organisation de différentes espèces . 
     
     
     
     

    B) Mettre en évidence un stade commun du développement embryonnaire des Vertébrés appelé stade phylotypique. 

    Les développements embryonnaires
  • Le pleurodèle 
  • Le poisson zèbre 
  • L'homme 
  • La souris 
  • L'oursin
  • L'Hermelle
  • Le Xénope

  •  

     

    Le stade phylotypique de différents Vertébrés.

    Comparaison des différents stades embryonnaires d'une même espèce
     
     
     
     


     

    Comparaison de développements embryonnaires d'espèces différentes

     

    III - Le déterminisme génétique de la mise en place du plan d'organisation

    1°) Le développement est sous la dépendance de gènes du développement 

    Objectifs Documents Activités
    Mettre en évidence qu'une mutation d'un gène peut modifier le plan d'organisation. 
     
     
     
     
     

    Mettre en évidence l'existence de gènes responsables du développement ou gènes homéotiques qui lorsqu'ils sont modifiés sont responsables de ces malformations
     

    Les phénotypes mutés de la Drosophile
  • Antennapedia 
  • bithorax et postbithorax 
  • Bithoraxoïde 
  • Ultrabithorax 
  • Eyeless 

  •  

     
     
     
     
     

    Les phénotypes mutés de la Souris

  • Smalleye 
  • Etude de différents phénotypes mutés et comparaison avec des phénotypes normaux 
    Faire apparaître l'altération des axes de polarité
    Etude de croisements de Drosophiles "anormales" permettant de montrer le caractères héréditaire de ces malformations

    Mutation antennapedia chez le ver de farine

    L'origine génétique de la spécialisation de la colonne vertébrale chez les Vertébrés (dossier pédagogique du GTD Vie)

    2°) Etude des gènes du développement

    Objectifs Documents Activités
    A) Mettre en relation l'expression des gènes du développement au cours du développement embryonnaire et le plan d'organisation. 

    B) Mettre en évidence, dans les séquences des gènes homéotiques, un domaine constant ou "homéoboite"et une partie variable liés respectivement à l'unité de leur fonction (diriger le développement) et à la diversité de leur action. 
     

    Expression ectopique du gène ey de la Drosophile.
     
     

    Séquences de gènes homéotiques
     

    Repérer pour certains gènes homéotiques, le lieu et le moment d'expression au cours du développement embryonnaire.
     

    Alignement des parties codantes des gènes du développement et d'un gène quelconque afin de montrer le faible degré de similitude entre deux gènes pris au hasard dans le génome.

    Alignement des parties codantes des gènes du développement entre elles et repérage d'une zone de similitude (environ 180 nucléotides) correspondant à l'homéoboîte.

    Alignement des homéoboîtes de plusieurs gènes pour mettre en évidence le fort degré de similitude.

    Voir les résultats de l'activité

    IV - Gènes du développement et origine commune des êtres vivants

    Objectifs Documents Activités
    Mettre en évidence le caractère universel de la fonction des gènes homéotiques.
     
     
     
     
     
     
     

    Dégager l'idée d'une origine commune des êtres vivants en mettant en relief les similitudes des séquences des gènes homéotiques et de leur disposition sur les chromosomes. 
     

     

    Expériences de transgénèse :
     
  • Transgénèse du gène Smalleye (souris) chez la Drosophile (Science, mars 1995). 
  • Transgénèse du gène murin HoxB9 chez la drosophile

  •  

     
     
     

     

     

     

    La disposition des gènes homéotiques des complexes HOM et HOX

    Séquences de gènes homéotiques

    Analyse et interprétation des expériences de transgenèse 
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     

    Mettre en relation la disposition des gènes du développement sur les chromosomes et leur logique d'expression spatio-temporelle

    Alignement des homéoboites en insistant sur les similitudes