Cours Stage - La diversité du vivant

Exercice - Les abeilles

L'énoncé

Prendre connaissance des documents suivants et répondre aux questions. 

 

Document 1 : Informations sur l'organisation sociale des abeilles

Les abeilles forment des colonies dans lesquelles il existe deux types de division du travail : en fonction de la caste ou de l'âge. Celui de castes séparer les ouvrières des reines, qui n'ont pas le même rôle d'un point de vue reproductif : les reines sont chargées de la reproduction, alors que les ouvrières sont stériles. La reine produit ainsi jusqu'à 2000 oeufs par jour, est de plus grande taille et vit jusqu'à 20 fois plus longtemps que les ouvrières.

La division du travail selon l'âge sépare les ouvrières nourrices des ouvrières butineuses. les nourrices le deviennent dès la sortie de l'oeuf, puis deviennent butineuses vers l'âge de 2 à 3 semaines. Ces rôles sont réversibles en fonction des besoins de la colonie.

Tous les individus femelles d'une colonie, reine comme ouvrière, possèdent exactement le même génotype.

 

Document 2 : Informations sur les patrons de méthylation entre castes chez les abeilles

On observe des différence de patron de méthylation de 550 gènes entre reine et ouvrières. Chaque caste et sous-caste possède un patron de méthylation propre, qui peut être modifié en fonction des besoins de la colonie 'un manque de butineuses induit par exemple un changement du patron de méthylation des nourrices, alors converties en butineuses).

Une faible méthylation induit une forte expression d'un gène, tandis qu'une forte méthylation induit une inhibition de l'expression du gène.

 

Document 3 : Informations sur la gelée royale

Lorsqu'une larve est destinée à devenir une reine, elle est nourrie exclusivement de gelée royale. La gelée royale contient un composé qui inhibe des histonce, ce qui résulte en une compaction de la chromatine et une réduction de l'expression génétique. Cela conduit à l'altération du ratio de certaines protéines produites dans les glandes mandibulaires et hypopharyngiennes, ce qui conduit à une augmentation de la taille du corps des larves.

 

Document 4 : Reine d'abeille domestique entourée d'ouvrières et de couvain (source: Wikipédia)

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Question 1

Comment s'appelle le mécanisme qui fait que les abeilles d'une colonie diffèrent de phénotype alors qu'elles possèdent le même génotype ? Définir ce mécanisme. 

Le mécanisme qui fait que les abeilles d'une colonie diffèrent de phénotype alors qu'elles possèdent le même génotype s'appelle l'épigénétique : c'est la modification de l'expression du génome en réponse à des facteurs environnementaux : ici l'alimentation (d'après le document 3), la composition de la colonie (d'après le document 2). 

Se baser sur ses connaissances ainsi que sur les documents. Ne pas rentrer dans le détail de l'exécution des mécanismes, c'est l'objet de la question 2. 

Question 2

Détailler en s'appuyant sur les documents, comment oeuvre ce mécanisme. 

Il est intéressant de noter que l'ensemble des différences de phénotype observables entre castes résulte uniquement de différences d'expression du génome car toutes les abeilles femelles de la colonie ont le même génotype d'après le document 1. 

Ces différences d'expression comme dit en réponse à la question 1, résultent uniquement de modifications induites par des facteurs environnementaux. En effet chaque caste et sous caste possède, d'après le document 2, un patron de méthylation qui lui est propre et définit le phénotype de caste associé ; or la transition d'un patron de méthylation à un autre est possible et induit en fonction des besoins de la colonie, c'est-à-dire par un facteur environnemental. Or ces méthylations ont un lien direct avec l'expression du génome puisque le degré de méthylation d'un gène contrôle directement son degré d'expression. 

Enfin d'après le document 3, la différenciation même en reine est déterminée par l'environnement, en effet c'est par le biais de son alimentation qu'une larve va voir une certaine partie de l'expression de son génome modifiée et se développer en reine. La gelée royale dont on la nourrit contient en effet un composé inhibant les histones, impliqués dans les degrés de compaction de l'ADN, permettant sa transcription ou non. Une chromatine trop compactée ne peut être transcrite. Ces modifications de compactions ont pour conséquence une modification du ratio de certaines protéines, ce qui induit les changements phénotypiques constatés entre une reine et une ouvrière. 

Lire attentivement les documents et voir en quoi ils illustrent le mode d'action du mécanisme précédemment cité.