Enseignement scientifique Terminale
Durée 1h – 10 points – Thème « Une histoire du vivant »
Sujet n°ENSSCI3216
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L’émergence du virus du Nil occidental et du virus Usutu en Europe présente un risque important pour la santé publique. En l’absence de traitements antiviraux ou de vaccins efficaces, la seule stratégie pour contrôler ces virus vise le moustique qui les transmet à l’être-humain : un moustique du genre Culex.
Cependant, la lutte contre les moustiques par l’emploi d’insecticides peut conduire à la sélection d’individus résistants. Ce phénomène de sélection naturelle réduit beaucoup l’efficacité des interventions de lutte anti vectorielle basées sur les insecticides. On s’intéresse à la résistance aux insecticides développée par certains moustiques dans la région de Louvain, en Belgique.
Document 1 – Fréquences génotypiques des moustiques obtenus sur le site 1 de Louvain calculées sur une population totale de huit moustiques
| Génotype | L/L | F/L | F/F |
| Fréquences génotypiques observées | 75 % (6 individus) | 12,5 % (1 individu) | 12,5 % (1 individu) |
Source : d’après Wang et al. 2022
Rappel du modèle de Hardy-Weinberg :
Soient A1 et A2 deux allèles d’un même gène, avec p la fréquence de l’allèle A1 et q la fréquence de l’allèle A2 et p + q = 1, les fréquences génotypiques sont :
- p2 = fréquence du génotype (A1//A1) ;
- 2pq = fréquence du génotype (A1//A2) ;
- q2 = fréquence du génotype (A2//A2).
Document 2 – Informations génétiques liées à la résistance des moustiques
L’étude du génome des moustiques dans la région de Louvain a montré que les moustiques possédaient un gène codant une molécule (enzyme), sous deux allèles :
- l’allèle F (résistance) conférant la capacité de résister aux insecticides ;
- l’allèle L (sensible).
La plupart des insecticides utilisés ont pour rôle d’altérer le fonctionnement du système nerveux du moustique, provoquant sa mort. L’enzyme du moustique résistant va permettre de transformer l’insecticide en des molécules non toxiques pour le moustique.
Source : d’après Wang et al. 2022.
Document 3 – Production d’enzymes par différentes souches de moustiques
Les estérases sont des enzymes qui hydrolysent les liaisons chimiques, notamment celles des insecticides. Une équipe de recherche s’est intéressée aux estérases présentes chez le moustique Culex sp. Chaque flèche indique un dépôt protéique issu d’un moustique d’une souche particulière. La surface des taches est proportionnelle à la concentration en protéines. Par conséquent, plus la tâche est importante plus la concentration d’enzyme produite par la souche de moustique est importante.
Résultats simplifiés d’électrophorèse de deux enzymes (estérase B et Estérase A) issues de moustiques Culex sp.
Source : d’après M. Poirié. 1992. Biochem. Genet
1- À l’aide des données du document 1, calculer les fréquences alléliques de L et F dans la population de moustique du site 1.
| Génotype | L/L | F/L | F/F |
| Fréquences génotypiques observées | 75 % (6 individus) | 12,5 % (1 individu) | 12,5 % (1 individu) |
Population : 6+1+1= 8 moustiques
Chaque moustique a 2 allèles. Il y a donc 8 × 2 = 16 allèles au total.
Calculons le nombre d’allèles L :
Chaque moustique L/L en porte 2 : 6 moustiques × 2 = 12 allèles L
Chaque moustique F/L en porte 1 : 1 moustique × 1 = 1 allèle L
Chaque moustique F/F en porte 0
Total d’allèles L = 12 + 1 = 13
Calculons le nombre d’allèles F :
Chaque F/F en porte 2 : 1 moustique × 2 = 2 allèles F
Chaque F/L en porte 1 : 1 moustique × 1 = 1 allèle F
Chaque L/L en porte 0
Total d’allèles F = 2 + 1 = 3
Calculons les fréquences alléliques :
Fréquence de L = $\dfrac{\text{Nombre d’allèles L}}{\text{Nombre total d’allèles}}=\dfrac{13}{16}=0,8125$
Fréquence de F = $\dfrac{\text{Nombre d’allèles F}}{\text{Nombre total d’allèles}}=\dfrac{3}{16}=0,1875$
Ainsi, la fréquence de l’allèle L est 0,8125 et la fréquence de l’allèle F est 0,1875.
2- À l’aide des données du document 1, vérifier que la structure génétique de la population du site 1 n’est pas à l’équilibre de Hardy-Weinberg. Pour ce faire, on comparera les fréquences génotypiques observées dans la population de moustique aux fréquences génotypiques que l’on calculera selon le modèle de Hardy-Weinberg.
Modèle de Hardy-Weinberg :
Avec p=f(L)=0,8125 et q=f(F)=0,1875
Calculons les fréquences génotypiques attendues sont :
L/L : $p^2=0,8125^2=0,6602$
F/L : $2pq=2 \times 0,8125 \times 0,1875=0,3047$
F/F : $q^2=0,1875^2=0,0352$
| Génotype | L/L | F/L | F/F |
| Fréquences génotypiques observées | 75 % (6 individus) | 12,5 % (1 individu) | 12,5 % (1 individu) |
| Fréquences génotypiques attendues avec le Modèle de Hardy-Weinberg | $0,6602=66,02\ %$ | $0,3047=30,47\ %$ | $0,0352=3,52\ %$ |
L/L : observée plus élevée que prévue
F/L : observée plus faible que prévue
F/F : observée plus élevée que prévue
Les fréquences génotypiques observées ne correspondent pas à celles attendues si la population était à l’équilibre de Hardy-Weinberg.
Ainsi, la structure génétique de la population du site 1 n’est pas à l’équilibre de Hardy-Weinberg.
3- À l’aide du document 2, proposer des raisons pour lesquelles la structure génétique de la population de moustique n’est pas à l’équilibre de Hardy- Weinberg.
L’allèle F implique la production de beaucoup d’une enzyme capable de transformer l’insecticide en des molécules non toxiques pour le moustique.
Ainsi, les moustiques porteurs de cet allèle (F/F ou F/L) survivent mieux que les moustiques (L/L), qui produisent peu d’enzyme et meurent au contact de l’insecticide.
L’utilisation massive d’insecticides exerce donc une pression de sélection en faveur de l’allèle F, ce qui modifie les fréquences génotypiques observées et les rend différentes de celles attendues par le modèle de Hardy-Weinberg.
C’est pourquoi la population de moustiques du site 1 n’est pas à l’équilibre de Hardy-Weinberg.
4- D’après les documents 2 et 3, identifier la souche de moustique la plus résistante entre VIM, Cyprus et Selax, ainsi que les conséquences en matière de santé publique. Justifier.
D’après le document 3, plus la tâche est importante plus la concentration d’enzyme produite par la souche de moustique est importante.
Ainsi, la souche de moustique la plus résistante est la souche Selax.
Cette forte résistance favorise la survie des moustiques résistants, ce qui entraîne une sélection naturelle. Comme observé sur le site 1, la population n’est pas à l’équilibre de Hardy-Weinberg : les génotypes résistants sont surreprésentés.
Cela signifie que les moustiques résistants deviennent majoritaires dans la population, rendant les insecticides de moins en moins efficaces. Ainsi, le risque de transmission de maladies comme le virus du Nil occidental et du virus Usutu en Europe augmente.