TPE : Gènes homéotiques


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par KADIKOFF Sandie, ROCH Arnaud, SALINI Cindy, VERON Emeline élèves de Première S en 2003/2004
Problématique

Observation :
Des chercheurs ont modifié les gènes chez certaines espèces comme les Drosophiles ou les Triboliums castaneum. Ces modifications ont eu pour conséquences des mutations physiques.

Photo d’une Drosophile normale et d’une Drosophile mutée où nous voyons des pattes à la place des antennes.

 Pour identifier les différents effets que peuvent avoir ces gènes sur un organisme, nous avons choisi de faire des expériences sur des insectes de laboratoire tel que le Tribolium.
Le Tribolium castaneum est un insecte coléoptère de la famille des ténébrionidés apparenté au ver de farine, mais beaucoup plus petit (2mm environ).
Qu’est ce que les chercheurs ont voulu mettre en évidence en faisant ces transplantations génétiques ?

Hypothèse : La transformation d’un gène homéotique modifie l’existence de gènes contrôlant un éventail d’autres gènes dans un domaine donné.

Les scientifiques appellent gènes homéotiques les gènes responsables de la différenciation d’un territoire de cellules en fonction de leur position dans le corps selon les trois axes de polarité (dorso-ventral / gauche-droite / antérieur-postérieur). Ces gènes sont également appelés gènes sélecteurs homéotiques car les protéines qu’ils codent permettent d’activer ou d’inhiber certains gènes en fonction de leur action, par exemple, la différenciation des cellules totipotentes.


Sauvage

Mutant antennapedia :Les antennes sont remplacées par des pattes

Vérification expérimentale
Protocole :

A partir de deux œufs de Triboluims normaux nous allons effectuer nos expériences. Nous avons fait subir une mutation homéotique à l’un des deux œufs de Tribolium. Cette mutation consiste à induire les cellules différenciées d’une région du corps de l’embryon dans une autre région comme si elles y étaient localisées. Ce changement perturbe le plan d’organisation de l’embryon, tout en modifiant l’identité du segment receveur des nouveaux caractères.
Lorsque les deux Triboliums (normale et muté) ont atteint leur taille adulte, nous faisons une série de tests pour vérifier s’il n’y a pas d’autres changements majeurs (par exemple des modifications physiologiques) dans l’organisme de l’animale muté.

Matériel : Nous aurons besoin d’une boîte qui a le fond quadrillé et deux couloirs côte à côte ; d’un chronomètre ; et de petits cubes qui serviront d’obstacles ;une bouteille d’encre et une coupelle.

1.Test de déplacement : Nous trempons les pattes de deux insectes dans de l’encre.
Les deux Triboliums sont placés chacun dans un couloir de la boîte, sur leur ligne de départ. On les laisse partir tous les deux en même temps (Temps 0) pendant un temps donné. Ensuite nous étudions la trajectoire laissée par les pattes.

2.Test de vitesse : Nous faisons le même test que pour le déplacement sauf que nous déterminons un point d’arriver. Au temps 0, nous les laissons partir et nous déclenchons un chronomètre pour chaque insecte. Lorsque les deus animaux sont arriver au point d’arriver, nous arrêtons les chronomètres et nous confrontons les deux temps enregistrés.

3.Test de visibilité : Nous plaçons les deux Triboliums comme précédemment mais nous rajoutons des petits cubes pour leur faire faire un slalom. Lorsqu’ils seront arrivés au point voulu, nous analyserons les traces de déplacement laissées par les pattes préalablement trempées dans de l’encre.

Résultats : modélisations 3D avec Flash : expérience 1, expérience 2

Interprétation des résultats expérimentaux :

Lors du test de déplacement, nous avons remarqué que le Tribolium muté avançait avec plus de difficultés que le Tribolium normal. Effectivement, les empreintes laissées par l’insecte muté sur la feuille ne sont pas aussi régulières que celles laissées par le non muté. Nous pouvons donc dire que la mutation du gène homéotique a engendré un problème de coordination des pattes. Ce problème peut être dû à une maladie dont le facteur déclencheur serait la mutation. Ou alors, c’est la modification génétique elle-même qui a provoqué cette défaillance au niveau de la coordination et, à ce moment là, tous les Triboliums mutés auraient ce disfonctionnement. Alors que si c’est une maladie, il y a de fortes chances qu’une seule partie des individus transformés génétiquement soit touchés par cette maladie.
Lors du test de vitesse, nous nous sommes aperçus que le Tribolium muté ne marchait pas aussi vite que le normal. En effet, les résultats de ce test nous montrent que la vitesse de déplacement de l’insecte muté est inférieur à celle du non muté. Donc le problème de coordination des pattes observé précédemment a entraîné une réaction en chaîne : problème de mobilité et de vitesse.

Lors du test de visibilité, nous avons remarqué que le Tribolium muté arrivait bien à contourner les obstacles que nous lui avions placés sur son chemin. Ce qui nous permet de dire que malgré ses problèmes aux pattes, ses capacités à déceler les obstacles restent inchangés. Donc la vision n’a pas été touchée par cette mutation, et nous pouvons penser que nous aurions eu les mêmes résultats si nous avions fait un test touchant une partie de son corps autre que les pattes.

Conclusion :
Les chercheurs ont voulu mettre en évidence que la modification d’un gène homéotique pouvait avoir des répercutions morphologiques et psychologiques sur l’insecte muté (Tribolium castaneum ou Drosophile).
Or grâce aux petits tests que nous venons de réaliser, nous pouvons dire que la mutation d’un gène homéotique ne touche qu’un seul domaine (ici, le domaine des pattes). En effet, le test de visibilité nous informe que la mutation n’a pas de répercutions sur ce domaine.

 Bibliographie :

- Sur le site du SNOF, les gènes homéotiques déterminent la synthèse de protéines régulatrices qui activent ou bloquent l'activité d'autres gènes cibles en se fixant directement sur l'ADN.
- Sur le site de l'INRP, Définitions de nombreux termes scientifiques touchant au domaine des gènes homéotiques.
- Site très important pour notre TPE, du fait que c’est grâce à lui que nous avons trouvé la spécialisation de notre sujet sur les gènes homéotiques et le type d’expérience à faire sur les Tribolium castaneum : http://www.snv.jussieu.fr

 Glossaire :

Antennapedia (mutation) : Mutation caractérisée par la présence de pattes à la place des antennes sur la tête de la drosophile adulte. Cette mutation est due à l’expression du gène antennapedia dans un territoire trop antérieur, ce qui provoque la transformation postérieure d’un segment antérieur.
Antennapedia (mutation) : Regroupement de cinq gènes homéotique, porté par le chromosome 3, déterminant les structures de la tête et l’identité des deux premiers segments thoraciques.
Gène homéotique : Gène responsable de l’acquisition par un territoire donné d’une identité positionnelle ; appelé aussi gène sélecteur homéotique car il sélectionne les gènes activés par exemple dans chaque para-segment de l’embryon de drosophile.
Transformation homéotique :Changement d’identité d’un segment donné.