Licence L1S2 toute mention sauf “ Sciences du Vivant ” UE de découverte “ Les défis de la biologie ”

1. Licence L1S2 toute mention sauf “ Sciences du Vivant ” UE de découverte        “ Les défis de la biologie ” Jeudi 11 mai 2006 14 à 16h (Amphithéâtre 4 Le Bel) L1 S2, ULP

2.   S’il y a défi(s)       comment le(s) relever ? L1 S2, ULP

3. Licence L1S2 toute mention sauf “ Sciences du Vivant ” UE de découverte   “ Les défis de la biologie ” “ Pourquoi s’intéresser à l’histoire  évolutive des organismes vivants ? ” Jeudi 4 mai 2006 14 à 16h (Amphithéâtre 4 Le Bel) L1 S2, ULP

4. Drosophila melanogaster Saccharomycescerevisiae Arabidopsis thaliana Caenorabditis elegans Mus musculus Organismes modèles L1 S2, ULP

5. L’évolution fait partie intégrante de la recherche fondamentale et de l’enseignement supérieur Toute nouvelle découverte doit être restituée dans le contexte évolutif Mais L1 S2, ULP

6. Une constante dans l’histoire de l’humanité:      l’origine et l’évolution des organismes vivants ont toujours suscité un grand intérêt L1 S2, ULP

7. Détermination des liens de parenté entre : - organismes Histoire évolutive Le support beaucoup plus tard: - gènes Phylogénie L1 S2, ULP

8. Aristote déjà au quatrième siècle avant J. C. posait ces premières questions: “ chaque être engendre un autre être semblable à lui... l’être est engendré par un être identique à lui-même” il dénombrait déjà plusieurs milliers d’espèces il introduisait le mot espèce et par la même les relations entre espèces, ce qui à terme (20 siècles) débouchera sur le concept d’évolution (Lamarck, ...puis Darwin) L1 S2, ULP

9. Seule une infime partie des espèces est connue - le concept d’espèce n’est pas unifié,   donc le dénombrement est imprécis - l’inventaire est partiel et inégal et surtout   impossible - un nombre immense et inconnu d’espèces   sont éteintes quelques chiffres qui évoluent au cours du temps!...et ce n’est pas fini L1 S2, ULP

10. Linné en 1758 connaissait 4163 espèces animales et un peu plus de plantes Il y aurait(!) actuellement plus de 1 800 000 espèces vivantes répertorièes. Mais... l’irréalisme d’une telle question, d’une réponse de sens.... la synonymie : Carabus cancellatus est décrit pour la première fois en 1758, cette espèce a depuis reçu 211 synonymes ! actuellement: - 30 000 nématodes répertoriés pour 1 million d’espèces   supposées - 1 million d’insectes pour 3 à 30 millions (un facteur 10 !) - 99% des microorganismes ne sont pas cultivables au laboratoire et ne sont pas distinguables sur des critères morphologiques L1 S2, ULP

11. Un peu d’histoire L1 S2, ULP

12. Il y a 3,8 milliards d’années    des éléments minéraux s’assemblent pour constituer: - les premières molécules organiques - les premières macromolécules - donner naissance au métabolisme L1 S2, ULP

13. lipides et cellules replication ADN archea eubactérie LUCA ADN db (petit) métabolisme protéines ribosome +code g. RNP ARN catalyse L1 S2, ULP

14. Protéines ARN ADN “dogme” central de la biologie L1 S2, ULP

15. Fixer la/une nouveauté, la stabiliser dans le temps: il y a sélection de la replication de l’ADN, stabilité de l’information = transfert entre générations L1 S2, ULP

16. On parle de gène(s) avant de parler plus tard de génome: Watson Crick (désoxyribo)nucléotide A, T, C ,G, on mesure les génomes en 1000 nucléotides = 1Kb 1000 Kb = 1 Mb 1000 Mb = 1 Gb L1 S2, ULP

17. Gène = objet génétique pour simplifier une fraction d’une grande molécule d’ADN où l’on peut positionner - un début - une fin qui porte une information. Cette dernière après “p” étapes de réactions biochimiques donnera une forme (phénotype) L1 S2, ULP

18. une protéine fait en moyenne 500 résidus (acide aminé) (de qq dizaines à rarement plus de 4500) dans un cas simple la séquence de nucléotides pour faire cette protéine sera de 1500 nucléotides ou 1,5 Kb (X3) et la séquence codante du gène sera de 1500 nucléotides (ce n’est pas la définition d’un gène! avec ses séquences régulatrices un géne sera toujours dans cecas simple plutôt voisin de 2 Kb) L1 S2, ULP

19. D’où dérive ce terme génome? le mot génome a été utilisé pour la première fois en 1920 (H. Winckler) “l’ensemble des caractères héréditaires d’un être biologique donné” à cette époque cela signifiait le lot de chromosomes L1 S2, ULP

20. Les gènes (objets génétiques): - se créent: fusions, délétions, éléments transposables éléments répétés - vivent : expréssion génique - meurent/disparaissent : pseudogènes et reliques mais il faut d’abord savoir les identifier - donc certains sont cachés...où ? comment les détecter ? L1 S2, ULP

21. établir des règles de recherche, mais ces objets sont très variables en organisation et en taille: ces règles d’identification sont (et resteront sans doute longtemps) imparfaites basées en partie sur la similarité, donc le connu le nombre de gènes contenu dans l’ADN ,le génome, d’un organisme donné est toujours une question ouverte par exemple la levure de boulanger L1 S2, ULP

22. Inventaire Créer des gènes, nouveaux gènes, nouveautés génétiques: - duplication (compter les gènes) = copier puis coller de l’ADN dans de l’ADN - gène entier ou fragment ou morceau d’ADN mais il faut aussi réduire - délétion (compter les gènes) = couper, déléter puis recoller l’ADN - fusion entre deux gènes, deux fragments ou un fragment de gène et un morceau d’ADN L1 S2, ULP

23. Eléments transposables (objet génétique): “séquence d’ADN capable de se déplacer de façon      autonome et de se multiplier dans le génome” Ils s’insèrent au hasard dans le génome (+sens d’insertion) et vont parfois “détruire” l’organisation de gènes: mutations L1 S2, ULP

24. les éléments transposables peuvent être très nombreux: par exemple chez l’homme: quantification à partir du génome séquencé 2 869 000 éléments soit 42% du génome (110 familles, I) En général, ces chiffres varient d’une espèce à l’autre et d’une population à l’autre dans une espèce donnée (voire d’un individu à l’autre!) L1 S2, ULP

25. Impact sur les génomes des éléments transposables: - séquences répétées identiques = peuvent se remanier on dit recombiner - insertion dans un gène = mutation(s) selon p déclinaisons = évolution du génome L1 S2, ULP

26. L’organisation du monde vivant Animaux Bactéries Végétaux jusqu’en 1960 Eubactéries Eucaryotes        Archées depuis 1990 L1 S2, ULP

27. Les génomes de procaryotes sont        relativements petits (600 à 13000 kb) Les génomes d’eucaryotes sont de tailles     extraordinairement variables L1 S2, ULP

28. Les génomes d’eucaryotes sont de tailles extraordinairement variables: - en taille “haploïde”: de qq Mb à qq centaines de Gb - des organismes “proches”ont des tailles de génomes très   différentes - pas de relation entre taille du génome et “complexité”   de l’organisme L1 S2, ULP

29. Musa domestica insecte/mouche 900 Mb Anopheles gambiae insecte/moustique 280 Mb Drosophila melanogaster insecte/mouche 125 Mb Amoeba dubia amibe 670 Gb Pinus resinosa conifère 68 Gb Gallus gallus oiseau 1,2 Gb L1 S2, ULP

30. Il existe une bonne corrélation entre taille du génome           et taille des cellules et de leur noyau et on observe en général - grands génomes = grandes cellules = divisions lentes - petits génomes = petites cellules = divisions rapides L1 S2, ULP

31.   Forces évolutives, contraires, agissant sur        la taille des génomes d’eucaryotes Diminution délétions = pertes d’ADN + sélection pour réduire le “coût” de la X Augmentation duplications = gain d’ADN + sélection pour augmenter l’adaptation à un biotope donné L1 S2, ULP

32. Phylogénie classer, relier L1 S2, ULP

33. PRIMATES 3 Lorisiformes 2 Strepsirrhiniens 4 Lémuriformes 1 6 Tarsiiformes 8 Platyrrhiniens 5 Haplorriniens 10 Cercopithécoïdes 7 Simiiformes Hylobatoïdés 9 12 Catarrhiniens Hominines Homininés 19 11 17 Hominoïdes Hominidés 18 Panines 15 16 Gorillinés 13 Hominoïdés Pongidés 14 L1 S2, ULP

34. Comparer L1 S2, ULP

35. Quels types d’outils pour explorer les génomes? - séquencer l’ADN (moderne et ancien) depuis 1977 (ancien = archéologie et domestication) - la génétique, seule discipline de la biologie qui ne fait pas appel à la physico-chimie mais à la statistique: croiser X des parents différents (ressemblance dissemblance) compter la descendance (test statistique) en tirer une loi (comment ceci ségrège) Gregor Mendel 1864 L1 S2, ULP

36. Bonobo    Le Condottiere par Antonello de Messine 1430-1479 99% identité en ADN 24 23 L1 S2, ULP

37. le chromosome 2 de l’homme résulte de la fusion de deux chromosomes du chimpanzé (23 paires/24 paires) d’autres montrent des différences     de tailles (5, 6, 9 et 12) L1 S2, ULP

38. le chien, un loup (Canis lupus) domestiqué    il y a environ    15000 ans variabilité à partir “d’un” génome - sélection par l’homme - quels sont les gènes qui permettent ces différences? - comment? L1 S2, ULP

39. Whippet Bouviers Bernois Beauceron Berger Allemand Borders Collies Westie Yorkshire D.Bordeaux °°° Epagneul Breton Boxer Cocker Anglais Pointer Caniche moyen Coton de Tuléar Labrador L1 S2, ULP Lhassa-Apso Shih Tzu Setter Gordon

40. partir de la séquence L1 S2, ULP

41. 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L1 S2, ULP

42. pour aboutir à une carte physique L1 S2, ULP

43. L1 S2, ULP

44. Dans génomique on retrouve: - gène - génétique L1 S2, ULP

45. Un peu d’histoire de la génétique - loi de Mendel 1864 (1903) - ADN est le matériel génétique 1944 - structure de l’ADN 1953 - code génétique 1961 - l’ADN recombinant 1973 - les introns 1977 - séquençage de l’ADN 1977 L1 S2, ULP

46. Des questions déjà posées - qu’est ce qu’un gène? - comment(méthode) détecter un gène ? mais aussi - comment identifier la fonction d’un gène (stratégies) ? L1 S2, ULP

47. Déterminer les objets génétiques: suivre des régles identifier le début et la fin d’un objet pour conclure, - gène codant pour une protéine - gène d’ARN,... - transposon, ... - etc L1 S2, ULP

48. On parle alors de génomique L1 S2, ULP

49.      La domestication du chien deux hypothèses: - une seule en Eurasie ou - deux indépendantes en Eurasie et en Amérique L’analyse del’ADN de squelettes de chiens venant des sites archéologiques Alaska, Mexique, Pérou,Bolivie comparée à celles issues de 250 loups actuels (30 sites de part le monde) et de 140 chiens actuels (67 races) indique que les chiens d’ Amérique dérivent de 4 types (haplotypes) de chiens actuels. Qu’il n’y a eu qu’une seule domestication en Eurasie, qu’il y a eu une divergence significative parmi les lignées de chiens d’Eurasie avant qu’ils n’accompagnent les humains dans leurs migrations pré-Colombienne vers l’Amérique L1 S2, ULP

50. La malaria résulte de l’infection de H. s. s. par un parasite le Plasmodium falciparum(Apicomplexés). Le génome de P. falciparum révèle la présence d’ADN chloroplastique (non photosynthetic chloroplaste like) et indique que cet organisme résulte en fait d’une endosymbiose, très lointaine, avec une algue. Il se multiplie dans le sang de l’hôte et n’a pas de rapport avec les végétaux. Aplication recherche de drogues spécifiques (action sur le chloroplastes par sur H. s. s.) L1 S2, ULP