Parenté et arbre phylogénétique à partir de séquences peptidiques

Le degré de parenté se lit sur le pourcentage d’acides aminés communs : A–C (72 %) > B–C (59 %) > A–B (45 %). L’ancêtre commun le plus récent est donc celui de la paire A et C. Sur l’arbre phylogénétique, A et C forment un groupe frère, tandis que B se raccorde plus bas, plus près de la racine. Cette lecture est un outil standard de l’évolution biologique. $\boxed{\text{A–C plus proches}}$.

Y et Z sont les plus apparentées car elles partagent le nœud A1, plus récent que A0. A0 est l’ancêtre commun des trois espèces X, Y et Z : point de divergence dans l’évolution biologique. L’arbre phylogénétique résume ainsi les relations de parenté sans indiquer qu’un nœud est une espèce encore vivante. $\boxed{\text{Y–Z proches ; A0 = ancêtre des trois}}$.

1. Idée : une identité totale prouve l'homologie mais ne hiérarchise rien.

D'après le document 1, le fragment d'histone est identique (12/12) chez les quatre espèces. Une telle ressemblance sur une séquence longue ne peut pas être due au hasard : les quatre gènes dérivent d'un même gène ancestral, donc les quatre espèces partagent un ancêtre commun. En revanche, toutes les comparaisons deux à deux donnent la même valeur (0 différence) : aucun couple n'est plus proche qu'un autre → ce document ne permet ni de classer les degrés de parenté ni de dresser un arbre phylogénétique. Une molécule sous forte contrainte fonctionnelle, dont presque toute modification est éliminée, est un mauvais chronomètre de l'évolution biologique.

2. Idée : convertir les identités en différences, puis ordonner.

D'après le document 2, les différences valent : P–Q : 1 ; P–R : 4 ; Q–R : 4 ; P–S : 7 ; Q–S : 7 ; R–S : 7. Les différences s'échelonnent de 1 à 7 : la variation entre couples est d'amplitude 6 positions, ce qui est suffisant pour hiérarchiser. Le couple le plus proche est P–Q (1 différence). R est à égale distance de P et de Q (4 différences chacun) : il s'est séparé du groupe (P, Q) avant que P et Q ne divergent. S est à égale distance de P, Q et R (7 différences) : c'est l'espèce la plus éloignée des trois autres. Degrés de parenté décroissants : (P, Q) > (P ou Q, R) > (P, Q ou R, S).

3. Idée : plus il y a de différences, plus l'ancêtre commun est ancien.

- A1, ancêtre commun le plus récent : celui de P et Q (1 différence accumulée entre elles).
- A2 : ancêtre commun de (P, Q) et de R (4 différences entre R et chacune des deux).
- A3, le plus ancien : ancêtre commun des quatre espèces, à partir duquel S a divergé (7 différences avec les trois autres).

L'arbre phylogénétique se lit donc : A3 → [S] et [A2 → [R] et [A1 → P, Q]]. Les valeurs égales du tableau (P–R = Q–R ; P–S = Q–S = R–S) sont la signature de cette structure emboîtée : après un nœud, les lignées qui en descendent accumulent en moyenne le même nombre de différences par rapport aux lignées extérieures.

4. Idée : invariance de la protéine ≠ absence de mutation du gène.

La conclusion de l'élève confond deux niveaux. Les mutations du gène surviennent au hasard dans toutes les lignées, y compris pour l'histone : elles créent de la variabilité dans les populations. Mais l'histone est indispensable à l'empaquetage de l'ADN ; une modification de sa séquence est presque toujours défavorable et les individus porteurs sont éliminés par la sélection naturelle. Par conséquent, le gène de l'histone a bien muté au cours du temps ; ce qui est resté invariant, c'est la protéine fixée dans les populations, pas l'histoire du gène : des mutations ont eu lieu, mais elles n'ont pas été conservées (ou n'ont pas changé l'acide aminé). À l'inverse, la globine tolère davantage de substitutions : elle enregistre le temps écoulé depuis chaque ancêtre commun, ce qui en fait la molécule utile pour l'arbre phylogénétique.