Application pédagogique
Résistance des moustiques aux insecticides organophosphorés (OP)
Observation initiale :
On a constaté à l'échelle mondiale, que des concentrations d'insecticides initialement très efficaces dans une zone donnée, perdaient cette efficacité au cours du temps, ce qui a conduit à utiliser des doses croissantes d'insecticides.
La diversité phénotypique
- La diversité phénotypique au niveau macroscopique
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Résultats/conclusions |
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Phénotypes observés dans la région de Montpellier
Courbes de mortalité expérimentale des larves en fonction des doses d'insecticides |
Extraire des informations de la courbe de mortalité
Préciser la notion de résistance |
On observe une diversité au niveau du phénotype macroscopique : certains sont sensibles aux insecticides et d'autres sont résistants. La fréquence des individus résistants est plus importante dans les zones où ont été épandus les insecticides. La résistance aux insecticides se traduit par une survie plus importante des moustiques à des doses élevées. Les moustiques résistants finissent par mourir, mais à des doses plus élevées d'insecticide (facteur 100). |
- Mécanismes de cette résistance (phénotype moléculaire)
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Ressources |
Activités |
Résultats/conclusions |
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Mode d'action des insecticides OP et des insecticides carbamates (Exemple : le propoxur) - Document : synapse cholinergique et action des OP et des carbamates Processus de résistance des moustiques à ces insecticides - Document sur l'Ace (acétylcholinestérase) des moustiques sensibles et des moustiques résistants
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Expliquer l'action létale de l'insecticide. A partir de l'analyse des résultats des tests, proposer une explication à la résistance de certains moustiques aux insecticides (relier le phénotype moléculaire au phénotype macroscopique) |
Les insecticides OP et les carbamates inhibent l'activité de l'acétylcholine estérase, enzyme impliquée dans le fonctionnement des synapses à acétylcholine. Cette action sur le système nerveux entraîne la mort des insectes. La résistance de certains moustiques peut s'expliquer par une production très importante d'estérases. |
Le génome des moustiques en relation avec la résistance aux insecticides OP (gène Ace et gènes des estérases)
- Le génome, pour les gènes des estérases, des moustiques sensibles
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Résultats / Conclusions |
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- Document localisant les gènes des estérases A et B
- Electrophorèse de moustiques de différentes souches sensibles
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Relier les informations apportées par ce document avec les résultats du test au papier filtre présenté précédemment de façon à expliquer la sensibilité des moustiques aux insecticides. Exploiter les résultats de l'électrophorèse pour déterminer le génotype des moustiques 1 à 5 |
Deux gènes sont impliqués dans la production d'estérase : les gènes A et B, dont les loci sont très proches. Les moustiques sensibles produisent donc des estérases fonctionnelles, capables de dégrader les molécules d'insecticides OP, mais cette production se fait en trop faible quantité pour assurer une résistance à ces produits. L'électrophorèse permet de déterminer le génotype des moustiques : les mosutiques 1 et 2 sont de génotype (A2B2/A2B2), alors que les moustiques 3 à 5 sont de génotype (A2B2/A2B1). |
- Le génome des moustiques résistants par production accrue d'estérases
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Ressources |
Activités |
Résultats et conclusions |
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- Séquences nucléiques partielles au locus B (afin de faciliter les traitements des séquences, on a limité ces séquences aux 69 premiers nucléotides de chaque gène + codon stop; les séries de NNNN correspondent à des séquences non codantes)
Document présentant un mécanisme de duplication génique |
Exploiter les données fournies pour proposer une explication à la production accrue d'estérase par certains moustiques résistants :
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- B1R est constitué de la répétition de 8 gènes B1 identiques
Les moustiques résistants B1R possèdent plusieurs gènes B1, ce qui leur permet de produire plus d'estérase, donc de détoxifier l'insecticide Certains moustiques ont vu leur génome évoluer par apparition de nouveaux gènes, copies de gènes préexistants (notion de duplication génique)
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- Séquences nucléiques partielles du super locus A/B (afin de faciliter les traitements des séquences, on a limité la séquence de chaque gène aux 69 premiers nucléotides + codon stop; les gènes sont séparés par 12N, correspondant à des séquences non codantes)
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Exploiter les données fournies pour proposer une explication à la production accrue d'estérase par certains moustiques résistants :
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- la traduction d'(A2B2)R produit 8 molécules protéiques, donc (A2B2)R est constitué de plusieurs gènes (8 ici) - (A2B2)R est formé par la répétition de 4 super-locus (A2B2) Les moustiques résistants (A2B2)R possèdent plusieurs "gènes A2B2", ce qui leur permet de produire plus d'estérase, donc de détoxifier l'insecticide. Certains moustiques ont vu leur génome évoluer par apparition de nouveaux gènes, copies de gènes préexistants (ici copie d'un ensemble de 2 gènes). |
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Document présentant différents génomes rencontrés chez des moustiques
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Des mutations ponctuelles sont apparues dans les gènes A et B et sont à l'origine d'un polymorphisme génique dans les populations de moustiques. Ces mutations ponctuelles n'ont pas conféré de résistance particulière aux moustiques, les quantités d'estérases produites n'étant pas accrues. Des duplications géniques sont intervenues à plusieurs reprises, de façon indépendantes les unes des autres, après l'acquisition du polymorphisme génique. Elles ont conféré aux organismes les possédant une résistance aux insecticides OP en leur permettant une production accrue d'estérase. |
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Séquences complètes des allèles A2 et B2 |
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Les gènes A2 et B2 ont des similitudes importantes dans leurs séquences (52,7 % selon une comparaison simple et 60,1 % selon l'alignement avec discontinuité), ce qui permet d'envisager une origine commune. A partir d'un gène d'origine, on peut envisager un mécanisme de duplication génique suivie de mutations. Ces phénomènes ont dû avoir lieu chez les ancêtres des moustiques puisque tous les moustiques possèdent ces deux gènes. (notion de duplication génique suivie de mutations) |
- Le génome des moustiques résistants par production d'une AchE résistante
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Ressources |
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Résultats / Conclusions |
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Séquences des allèles S et R du gène de l'AchE |
Certains moustiques résistants produisent une acétylcholine estérase non sensible à l'action des insecticides OP et des carbamates. A partir du traitement des séquences nucléiques fournies, discuter des mécanismes d'évolution du génome et de leurs conséquences phénotypiques.
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La comparaison des séquences nucléiques des allèles S et R montre 28 différences, qui correspondent à des mutations par substitution. |
L'influence de l'environnement sur la conservation des innovations génétiques
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Ressources |
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Résultats/conclusions |
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Fréquence des allèles résistants aux locus Ace et (AB) en fonction de l'environnement (données terrain) |
Extraire des informations des graphiques fournis sur la relation entre la fréquence des allèles résistants et l'environnement. |
La fréquence des allèles résistants pour chacun des gènes considérés (Ace et Esterases) est plus importante dans les zones où ont été épandus les insecticides. |
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Influence de l'environnement sur la conservation des innovations génétiques concernant les gènes des estérases Etude expérimentale : évolution des phénotypes en fonction de l'environnement (pour les gènes des estérases) Séquences nucléiques des allèles B1R des souches R96a et R96i. Séquence de l'allèle B1R présent chez les homozygotes de la souche initiale R92.
Document sur le coût des allèles de résistance
Sensibilité à la bactérie Wolbachia chez des moustiques sensibles et résistants
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Extraire des informations du graphique sur l'évolution des phénotypes en fonction de l'environnement. Comparer les séquences fournies, de façon à proposer une explication à l'évolution des phénotypes constatée. Prendre en compte les informations apportées par ces documents pour proposer une explication aux observations réalisées dans les souches R96a. |
Dans les populations soumises à l'action de l'insecticide OP, on observe une augmentation de la résistance, et inversement dans les populations non soumises à cet insecticide OP. La différence des phénotypes entre les souches R96a et R96i est liée à une différence génotypique :
De nouveaux "allèles" sont donc apparus (ces "allèles" diffèrent par le nombre de répétitions du gène B1). Sous l'action de l'environnement, il a dû y avoir une sélection des individus au fil des générations, en fonction du nombre d'exemplaires du gène B1 que possédaient ces individus. Dans un environnement avec insecticide OP , la possession d'un grand nombre d'exemplaires du gène B1 permet une meilleure résistance, et confère donc un avantage sélectif. Dans un environnement sans insecticide OP, la possession d'un grand nombre d'exemplaires du gène B1 est un désavantage (coût) :
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Influence de l'environnement sur la conservation des innovations génétiques concernant le gène AcE Document présentant la répartition des allèles du gène AcE dans la région de Montpellier Document présentant un nouveau génotype pour un moustique résistant Séquences des allèles AchES, AchER et AchE93 (AchES : allèle du gène AchE chez les moustiques sensibles; AchER : allèle du gène AchE chez les moustiques résistants; AchE93 : génome équivalent à Ace chez les moustiques résistants apparus en 1993 dans la région de Montpellier)
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En utilisant les informations apportées par ce document, proposer une explication possible aux variations de la fréquence de l'allèle AceR dans la région de Montpellier Comparer les séquences fournies de façon à dégager le mécanisme génétique à l'origine de la résistance de la souche apparue en 1993 dans la région de Montpellier Depuis son apparition, la fréquence d'AchE93 tend à augmenter par rapport à celle d'AchER, notamment dans la région de Montpellier.
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Dans un environnement avec insecticide, l'acétylcholinestérase sensible est peu active ou inactive, alors que l'actéylcholinestérase résistante garde la même activité. Dans cet environnement, les moustiques AceR sont donc avantagés.
La souche résistante apparue en 1993 dans la région de Montpellier présente une duplication du gène AchE : on trouve en tandem sur le même chromosome un allèle AchES et un allèle AchER. Les mutants AchE93 produisent à la fois une AchER et une AchES, ce qui leur assure une résistance en milieu avec insecticide, tout en leur évitant le côut que cela peut représenter en milieu sans sans insecticide. |