Protocoles expérimentaux

L'organisation d'un vertébré est contrôlée par les gènes

Marie Jeanne Pellerin -Lycée Charles le chauve - 4, rue Joseph Bodin de Boismortier, 77680 Roissy en Brie

Cette activité est proposée avec la démarche pédagogique qui l'accompagne ; sinon, elle perd une grande partie de son intérêt. L'enseignement de cette partie a inquiété beaucoup d'expérimentateurs des nouveaux programmes car il s'agit de notions que nous n'avons pas l'habitude d'utiliser dans notre enseignement. Mais cela n'est pas trop difficile, si on ne perd pas de vue l'objectif qui consiste à montrer que des gènes gouvernent l'organisation d'un être vivant après avoir constaté que la vie cellulaire est gouvernée par des gènes.

Pour une (re)mise à niveau scientifique, quelques références bibliographiques (liste non exhaustive)
- LA RECHERCHE, n° 280 Octobre 1995
De la mouche à l'homme un même supergène pour l'oeil de W. J. Gehring. Pages58 à 64

- BIOLOGIE DU DEVELOPPEMENT. Les grands principes de LEWIS WOLPERT chez DUNOD, 1999. 479 pages.

- BIOLOGIE DU DEVELOPPEMENT. de GILBERT

Sommaire

1.Objectifs 2. Matériel 3. Problèmes abordés lors des TP précédents (prérequis) 4. Activitées proposées aux élèves

A. Objectifs cognitifs

1 - Observer la spécialisation des vertèbres de la colonne vertébrale de l'homme.
2 - Constater que cette spécialisation est générale chez les vertébrés.
3 - Constater qu'elle est ancienne car elle est déjà présente chez les Vertébrés fossiles.
4 - Découvrir l'origine génétique de cette spécialisation grâce aux gènes Hox.

B. Objectifs méthodologiques

- Retrouver les étapes d'un raisonnement scientifique.

- Une colonne vertébrale humaine dont les vertèbres sont séparées (vendue dans un ensemble nommé demi-squelette).
- Un squelette humain
Tous les squelettes des divers Vertébrés de la collection du laboratoire, par exemple :
- un squelette de poisson
- un squelette d'oiseau
- un squelette de grenouille
- un squelette de lapin.

- Un document couleur montrant les domaines d'expression des gènes Hoxb1, Hoxb4, Hoxb9
(sera sans doute présent dans les manuels scolaires).

III. Problèmes abordés lors des TP précédents (prérequis)

1 - Les élèves ont disséqué le poisson afin d'établir son plan d'organisation.
2 - Les élèves ont observé d'autres Vertébrés sous forme de squelette, de coupes longitudinales in toto d'alevin de truite, de têtard et d'embryon de souris observées à la loupe binoculaire afin d'établir que le plan d'organisation du poisson est commun à tous les Vertébrés.
3 - Ils ont observé le développement embryonnaire de l'homme.
4 - Ils ont observé des embryons au stade des somites afin de comprendre que la colonne vertébrale est organisée à partir de ces somites.

Les gènes homéotiques contrôlent le plan d'organisation des Vertébrés.
Exemple : L'universalité de la colonne vertébrale.
Retrouver les étapes d'un raisonnement scientifique.

1°)________________________________

A. Rappelez en une phrase l'origine de la colonne vertébrale

B. Observation de l'organisation de diverses colonnes vertébrales

1 - observation de la spécialisation des vertèbres de l'homme

Observez les vertèbres humaines présentes sur vos tables.
a - Sont-elles toutes identiques?
b - A l'aide du squelette humain identifiez la région de la colonne vertébrale dont elles sont issues.
c - Essayez de retrouver un lien entre la forme ces vertèbres et la fonction qu'elles remplissent en fonction de leur localisation.

2 - Cette diversité existe - t'elle chez d'autres Vertébrés ?

a - Observez les squelettes exposés dans la classe.

Pour chaque squelette comptez le nombre total de vertèbres et notez le nombre de types de vertèbres différentes
carpe grenouille oiseau lapin homme
- nombre total de vertèbres
- nombre de type de vertèbres différentes

Que constatez-vous ?

b - Cette spécialisation existait-elle dans le passé ?

Répondez à cette question en observant les squelettes de fossiles reproduits ici
Est-ce différent de ce que montrent les animaux actuels ?

Iguanodon (Reptile) - Crétacé inférieur (120 millions d'années)	Icthyostega (Amphibien) - Dévonien (350 millions d'années)

Bilan : A l'aide d'une phrase exprimez le mode d'organisation de la colonne vertébrale des Vertébrés.

C - Une anomalie du plan d'organisation du membre : le sexdigitisme

Certains humains naissent avec 6 doigts au lieu de 5.
On recherche la raison de cette anomalie. Déduisez de ce texte l'origine probable d'une telle anomalie.

D - Expérience sur l'embryon de souris

Sur 3 embryons de souris âgés de 9,5 jours, on repère grâce à des traitements spécifiques les cellules où sont actifs 3 gènes du chromosome 11 nommés Hox 1, Hox 4, Hox 9 (voir schéma). La région d'activité d'un gène est repérée à l'aide d'un colorant bleu.
Au cours du temps chacun de ces gènes débute son activité à un moment différent indiqué schématiquement par l'horloge.

a - Dans quelle structure de l'embryon ces gènes s'expriment-ils ?
b - Reportez en couleur les régions où ces 3 gènes s'expriment : rouge pour Hox1, bleu pour Hox 4, gris pour Hox 9
c - Reportez les régions d'activité de chacun des gènes par un trait de la bonne couleur sur le quatrième embryon schématisé
d - Que montre cette expérience quant à la mise en action de ces gènes :
e -Toutes les parties du corps de l'embryon subissent-elles la même influence de l'activité génique ?

2°)________________________________

Quelle question est induite par l'ensemble de ces constats ?

3°)________________________________

On peut empêcher certains gènes d'agir grâce à une technique qui inhibe leur action. Exposez quels peuvent être les résultats observés si on applique cette technique à un gène Hox.

4°)________________________________

On inhibe le gène Hox 8.
On observe les résultats suivants :

a - Traduisez les résultats expérimentaux à l'aide d'une phrase

b - Interprétez ces résultats expérimentaux

5°)________________________________

A l'aide d'une phrase exprimez le rôle des gènes Hox au cours de l'organisation de la colonne vertébrale.

Retrouver les étapes du raisonnement scientifique en complétant les titres (1° à 5°).

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