Génétique et évolution
Les chauves-souris sont des Mammifères appartenant au groupe des Chiroptères. Elles présentent des membres antérieurs spécialisés (ailes) adaptés au vol. Les premiers Chiroptères fossiles sont apparus il y a 50Ma avec d’emblée les caractéristiques des Chauves-souris actuelles. Du coup, on pense que des mutations de gènes sont à l’origine de cette apparition spontanée des Chauves-souris. Les spécialistes s’accordent pour dire que les Chiroptères proviennent de l’évolution de formes ancestrales ayant l’aspect de mammifères quadrupèdes aux membres non spécialisés comme ceux des rats et souris actuels. Des travaux récents ont eu pour objectif de déceler les innovations génétiques à l’origine de l’adaptation au vol des Chauve-souris, notamment de la transformation des membres antérieurs en ailes. L’intérêt s’est porté sur les gènes Prx1 et Bmp2 connus pour agir sur la croissance des os longs des membres au cours du développement embryonnaire.
Question : Exploitez les documents 1 à 4 ci-dessous pour dégager des arguments permettant de penser que des modifications de l’expression des gènes Prx1 et Bmp2 peuvent être à l’origine du groupe des Chiroptères.
Document 1 : Comparaison de l’organisation des membres antérieurs d’une souris (Mus musculus) et de chauve souris (Carollia perspicillatta)
I, II, III, IV et V correspondent aux doigts. Le doigt I correspond au pouce.
s = segment correspondant au bras
z = segment correspondant à l’avant-bras
a = segment correspondant à la main+
Document 2 : Le gène Prx1 et l’allongement des membres
Le gène Prx1 est un gène qui s’exprime au cours du développement embryonnaire au niveau du crâne, de la face et des membres de la souris. On connaît des souris mutantes affectées par une mutation des deux allèles du gène Prx1. Ces mutations ayant pour effet de rendre non fonctionnelle la protéine codée par le gène. Les souriceaux mutants meurent à la naissance à cause d’anomalies de la face et du crâne. Ils possèdent par ailleurs un raccourcissement significatif des 2 os de l’avant-bras.
Document 3 : Comparaison de l’expression du gène Prx1 au cours du développement embryonnaire des membres antérieurs de la chauve-souris et de la souris
Par la méthode d’hybridation in situ, les chercheurs ont repéré les endroits du membre où est présent le produit de l’expression du gène Prx1 à divers stades de développement chez la chauve-souris (photos de la première ligne) et la souris (photos de la deuxième ligne).
Avec la technique utilisée, ces endroits sont colorés en noir plus ou moins foncé.
Document 4 : effets de la protéine Bmp2 sur la croissance en longueur des métatarsiens1
Le rôle du gène BMP2 (bone morphologic protein) dans l’ossification étant connu, on a constaté qu’il s’exprimait dans les bourgeons des membres. On a donc émis l’hypothèse qu’il pouvait être impliqué dans la croissance des os de la main et du pied. Pour tester cette idée, les scientifiques ont prélevé des os métatarsiens1 de fœtus de rats et les ont mis en culture dans un milieu contenant des concentrations variées de la protéine Bmp2. Le graphique renseigne sur la croissance des os métatarsiens1 durant les 3 jours qu’a duré l’expérience.
1 les métatarsiens sont des os du pied
Résultats expérimentaux
D’après Luca F et al. Endocrinology 2001 ; 142 :430-436
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