Exploitation de données moléculaires

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