Régulation de l'expression génétique et phénotype : exercices de 1re

Les deux plants sont issus du même individu : leur information génétique est identique, donc même génotype.

Les feuilles n'ont pas la même épaisseur : le caractère observable diffère, donc phénotypes différents.

La différence ne peut pas venir de l'information génétique, puisqu'elle est la même. Elle vient du seul facteur qui change : l'éclairement, un facteur du milieu.

On peut proposer que l'éclairement modifie l'expression de certains gènes dans les cellules des feuilles : certains produits des gènes sont fabriqués en quantité différente, ce qui conduit à des feuilles de structure différente. Cette idée rejoint le principe selon lequel le caractère observable résulte de l'expression des gènes, modulée par des facteurs extérieurs à la cellule ¹.

Identifier les deux valeurs : 40 molécules par minute dans le milieu 1, 10 dans le milieu 2.

Calculer le rapport : $\dfrac{40}{10} = 4$.

Interpréter : le gène est exprimé de façon quatre fois plus intense dans le milieu 1 que dans le milieu 2, alors que le génotype est le même.

Pour le premier échantillon : $\dfrac{64}{200} \times 100 = 32$ %.

Pour le second : $\dfrac{72}{150} \times 100 = 48$ %.

Comparer : 48 % est supérieur à 32 %, donc la part est la plus grande dans le second échantillon, même si l'effectif concerné y est à peine supérieur (72 contre 64).

Rapport : $\dfrac{150}{2} = 75$. L'activité est 75 fois plus grande avec le sucre.

Écart : $150 - 2 = 148$ u.a. d'activité en plus.

Une activité plus forte peut venir d'une plus grande quantité d'enzyme (expression plus forte du gène), mais aussi d'une enzyme déjà présente et mieux activée. Pour trancher, on peut doser la quantité d'enzyme elle-même, ou la quantité de l'ARN messager correspondant. Si ces quantités augmentent aussi, c'est bien l'expression du gène qui est stimulée.

Moyenne du lot 1 : $\dfrac{12+14+13}{3} = 13$ cm.

Moyenne du lot 2 : $\dfrac{20+22+21}{3} = 21$ cm.

Écart : $21 - 13 = 8$ cm.

Réponse à l'élève : l'énoncé précise que toutes les plantes ont le même génotype. La différence de hauteur vient donc du facteur qui change, la température, et non de l'information génétique. Elle s'explique plutôt par une expression différente de certains gènes selon la condition, ce qui correspond à l'idée que le caractère observable dépend de l'expression des gènes et de facteurs extérieurs ¹.

Les deux cellules contiennent la même information génétique : même génotype. Leurs protéines étant différentes, leur phénotype cellulaire diffère.

La différence vient de la régulation de l'expression : le gène de X est fortement exprimé dans la cellule A et peu dans la cellule B, et inversement pour le gène de Y.

Le programme distingue des facteurs internes et des facteurs externes qui agissent sur l'expression ¹. Ici, rien ne change dans le milieu de l'organisme : le facteur est interne, lié à la nature de la cellule et à son état (par exemple les molécules qui contrôlent la transcription dans cette cellule).

Hypothèse 1 : le sucre S provoque l'expression du gène de l'enzyme, qui est peu exprimé en son absence. Hypothèse 2 : le sucre S a sélectionné des bactéries mutantes, chez qui une mutation a rendu fonctionnel le gène de l'enzyme.

Expérience : prélever des bactéries cultivées avec S et les remettre dans un milieu sans S ; en parallèle, garder des bactéries restées sans S (témoin) et des bactéries gardées avec S (témoin positif). Mesurer régulièrement l'activité enzymatique et la quantité d'ARN messager.

Résultat attendu pour l'hypothèse 1 : les bactéries remises sans S voient leur activité et leur ARN messager diminuer, l'expression étant réversible. Pour l'hypothèse 2, la capacité de dégrader S resterait acquise malgré l'absence de S, puisqu'elle serait inscrite dans l'ADN.

Conclure en citant les valeurs mesurées : si l'activité retombe à un niveau voisin de celui du témoin sans S, on conclut à une régulation de l'expression sous l'influence d'un facteur du milieu ¹.

Le doublement toutes les 20 minutes donne $Q(t) = 5 \times 2^{t/20}$.

Pour $t = 100$ : $\dfrac{100}{20} = 5$ doublements, donc $Q(100) = 5 \times 2^{5} = 5 \times 32 = 160$ unités.

Cette croissance ne peut pas durer : les ressources du milieu sont limitées, la cellule dégrade aussi ses protéines, et l'expression est elle-même régulée. Un modèle de doublement perpétuel est donc valable sur une période courte seulement.