activité : les trois domaines du vivant
La comparaison des ARN ribosomiques a conduit historiquement à la définition des trois règnes du vivant par Carl Woese dans les années 70.
Les ribosomes sont des organites utilisés par toutes les cellules eucaryotes et procaryotes pour réaliser la traduction de l'arn messager en polypeptide.
Le ribosome est constitué de deux sous unités : chez les procaryotes : 23S et 16S
(S pour Svedberg Théodore, découvreur de la technique d'ultracentrifugation permettant de séparer les molécules, 1920)
L'arn 16S a pour rôle de fixer l'ARNm sur le ribosome et les ARNt sur l'ARNm. Sa séquence comporte 1300 à 1600 nucléotides A,U,C,G. Il est homologue de l'ARN 18 S des eucaryotes.
Une partie de cette séquence est indispensable aux fonctions du ribosome et ne peuvent être modifiées sans conséquences pour la cellule, mais de grandes parties de séquences peuvent muter librement. Le nombre de mutations est utilisé comme horloge moléculaire. La comparaison des séquences des ARN 16 S de différents organismes sera un bon indicateur de leur distance et permettra d'établir un arbre phylogénétique du vivant.
| problèmes et questions | activités |
La phylogénie repose sur des comparaisons de molécules séquencées : Quelles molécules permettraient de comparer des organismes aussi différents qu'un éléphant, une amide, une bactérie ? | unité du vivant : comparaison des cellules et de leurs molécules. Les grandes fonctions cellulaires reposent sur quelques molécules qui sont universellement utilisées : traduction, métabolisme...
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Des molécules d'ARN 16 S et 18 S de différents organismes ont été caractérisées et séquencées | leurs séquences sont disponibles sur internet Le fichier de séquences suivant en propose quelques unes : Chaque espèce a été choisie pour représenter la diversité du vivant, avec une part assez importante pour les eucaryotes. |
La comparaison des séquences utilise le logiciel disponible sur le site :
Comparer les séquences à l'aide du logiciel. Reconnaitre et légender les groupes d'organismes comprendre les techniques d'établissement d'arbres (fonction enracinement, pivot...)
| ouvrir le fichier de séquences : On peut l'ouvrir dans bloc note puis sélectionner et copier une partie ou l'ensemble des séquences. ouvrir site phylogeny.fr, choisir "one click" le curseur apparait alors dans le tableau de chargement des séquences (sinon, l'y placer en cliquant) coller en choisissant cette fonction dans le clic droit choisir "submit" Le logiciel calcule les distances (quelques secondes à minutes suivant le nombre de séquences à comparer) puis affiche un arbre phylogénétique des organismes correspondants. On peut alors identifier les trois groupes, leur attribuer couleur et nom (voir les fonctions sous l'affichage ) exemple d'arbre obtenu :
les archées et les bactéries utilisées Il faut que le score indiqué sur les branches soit le plus proche de 1 pour que le groupe s'enracinant sur cette branche soit homogène. On obtient un arbre montrant les trois règnes du vivant comme ils ont été définis par Carl Woese : Bactéries, Archées et Eucaryotes. Le groupe des Eucaryotes est mieux représenté puisque plus nombreux au départ. On peut discuter sur la pertinence du choix des espèces, puis refaire un arbre en sélectionnant moins d'Eucaryotes même si ce sont les mieux connus ... L'arbre obtenu sera toujours scientifiquement valable. On remarque que l'arbre dans son ensemble n'est pas enraciné. Le score de la branche des archées est assez faible Ceci peut s'interprèter comme une évolution lente avec peu de mutations spécifiques dans ce groupe.
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Prolongements :
- Discuter de la représentation de la biodiversité : nous avons une représentation du vivant dominée par les Eucaryotes, voire les métazoaires, alors que les Bactéries et les Archées sont beaucoup plus nombreuses et adaptées à des milieux très variés et extrèmes
- Discuter de l'origine de la vie : l'étude des Archées et de leur adaptation aux milieux extrêmes a enrichi le débat sur l'origine du vivant.