bac S 2014 Polynésie

Partie 2.2 : Enseignement de d√©termination (5 points) Génétique et évolution: diversification génétique

Les Epinoches à trois épines (Gasterosteus aculeatus) sont des poissons qui se présentent sous deux formes (Epinoche marine et Epinoche d'eau douce), selon le lieu où ils vivent. Leurs prédateurs varient selon les milieux de vie.

A l'aide des documents ci-dessous et de vos connaissances, proposez une hypothèse sur le mécanisme à l'origine de la morphologie des Epinoches d'eau douce.

Votre réponse s'appuiera sur l'exploitation du dossier et l'utilisation de connaissances.

document 1 : morphologie des Epinoches en fonction de leur milieu de vie

Les Epinoches marines ont une nageoire pelvienne épineuse proéminente sur leur face ventrale, ce qui les protège des gros poissons. Les formes d'Epinoche d'eau douce n'ont plus de nageoire pelvienne et sont ainsi moins vulnérables vis-à-vis des larves d'insectes prédatrices, qui ont plus de mal à s'accrocher.

A Epinoche marine

B Epinoche d'eau douce

d'après Cresko et al.. 2004.Parallel genetic basis for repeated evolution of armor loss in Alaskan threespine stickleback populations. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 101/6050-6055.


document 2 : expression du gène PITX1 impliqué dans la mise en place de la nageoire pelvienne épineuse au cours du développement des Epinoches

Les biologistes ont recherché les endroits de l'organisme où l'on peut détecter la présence d'ARNm du gène PITX1 au cours du développement. Ces territoires sont colorés en grisé par la méthode utilisée sur des embryons d'Epinoche. Les flèches indiquent la zone d'expression du gène PITX1 observé sur la face ventrale des embryons d'Epinoche.
avant   arrière
Embryon d'Epinoche marine
avant   arrière
Embryon d'Epinoche d'eau douce

d'après Shapiro et al.. 2004.Genetic and developmental basis of evolutionary pelvic reduction in threespine sticklebacks. Nature 428, 717-723.

document 3 : données moléculaires du gène PITX1

document 3a : Comparaison des séquences du gène PITX1 impliqué dans le développement de la nageoire pelvienne épineuse chez les deux formes d'Epinoches


(cliquez sur l'image pour l'agrandir)

La portion du gène étudié est représentative des résultats obtenus sur l'ensemble du gène. La première ligne correspond au gène de l'Epinoche marine et la deuxième ligne au gène de l'Epinoche d'eau douce.
Chaque tiret indique une identité de nucléotide.

document 3b : La régulation de l'expression du gène PITX1

Des segments d'ADN appelées séquences régulatrices présents à côté des gènes, contrôlent l'expression des gènes. Ces séquences de régulation jouent un rôle central dans l'évolution de la morphologie des animaux.

L'expression du gène PITX1 est activée lorsque des facteurs de transcription se lient à des sites de fixation de la séquence régulatrice PEL. Le complexe ainsi formé déclenche la transcription du gène PITX1 en un ARNm par l'enzyme polymérase.

d'après Sean Caroll. La régulation des gènes, moteur de l'évolution. Pour la science 375, janvier 2009.


document 4 : expériences de transgenèse sur une Epinoche lacustre

Une séquence régulatrice du gène PITX1 a été identifiée en 2010 et a été appelée PEL. Pour détecter si des changements dans cette séquence pouvaient être à l'origine du changement morphologique, les chercheurs ont réalisé une expérience de transgénèse.
Ils ont injecté dans des oeufs d'Epinoche d'eau douce, une construction génique comprenant la région régulatrice PEL des Epinoches marines et le gène PITX1 noté ([pel-PITX1]). Les résultats de cette transgenèse montrent chez l'Epinoche d'eau douce une nageoire pelvienne épineuse.



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