La complexification des génomes - Terminale Spécialité SVT

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Chapitre : la complexification des génomes
I – Mise en évidence des transferts génétiques

L’observation de la transmission du phénotype pathogène entre souches de bactéries différentes a mis en évidence le transfert d’informations génétiques entre individus.

II – Les mécanismes de transfert du matériel génétique chez les bactéries

A – La transformation

De l’ADN libre dans le milieu peut être incorporé au génome des bactéries.

B – La transduction (ou transfert viral)

Lors de l’infection d’une bactérie par un virus bactériophage, des fragments d’ADN de la bactérie hôte peuvent être emportés par le virus et intégrés au génome de la prochaine bactérie infectée.

C – La conjugaison

Les bactéries établissent des ponts entre elles par lesquels elles échangent des molécules, dont l’ADN.

D – Transfert horizontal vs transfert vertical

La transmission d’ADN entre individus d’une même génération, pas forcément apparentés, constitue un transfert horizontal, à distinguer du transfert vertical, qui se produit lors de la reproduction par passage du patrimoine génétique d’une génération à la suivante.

III – L’universalité de l’ADN et ses conséquences évolutives

A – Un support universel de l’information génétique

Les transferts génétiques sont observés même entre groupes d’êtres vivants très éloignés d’un point de vue phylogénétique. Ceci s’explique par l’universalité de la molécule d’ADN comme support de l’information génétique au sein du monde vivant.

B – Apports du séquençage des génomes

Le séquençage et la comparaison des génomes révèlent que toutes les espèces contiennent des gènes provenant d’autres espèces, y compris d’espèces vraiment très éloignées sur le plan phylogénétique.

Par exemple, on a identifié chez l’humain des gènes provenant de virus, de bactéries, de champignons ou de plantes.

C – Exploitation en biotechnologies

Les biotechnologies mettent à profit ces propriétés pour transférer et faire s’exprimer des gènes d’intérêt dans un autre organisme que celui de départ.

Par exemple, il est possible de transformer des bactéries ou des levures pour leur faire produire de grandes quantités de molécules utiles à l’être humain (médicaments, molécules agroalimentaires…).

IV – Rôle des transferts horizontaux

A – Diversification du vivant

Les transferts génétiques horizontaux sont très fréquents et participent à la diversification du monde vivant en faisant acquérir de nouveaux caractères aux lignées qui les reçoivent.

La comparaison des séquences montre que la syncytine des hominoïdes est très proche d’une protéine virale (supérieur à 80 % d’identité). Cela s’explique par un transfert horizontal de gène : un gène viral a été intégré dans le génome de l’ancêtre commun des hominoïdes. Ce gène, devenu la syncytine, est essentiel à la formation du placenta par fusion des membranes cellulaires.

B – Enjeux de santé publique

La fréquence élevée des échanges génétiques pose un problème de santé publique, car l’usage intensif d’antibiotiques dans l’élevage et en santé humaine favorise l’apparition de gènes de résistance qui sont ensuite largement dispersés dans l’environnement et transférés entre bactéries.

V – La théorie de l’endosymbiose

A – Origine des mitochondries et chloroplastes

Le constat de grandes similitudes du point de vue des structures et des fonctions entre les organites cellulaires et des bactéries vivant à l’état libre dans le milieu a conduit à formuler la théorie de l’endosymbiose.

Cette théorie énonce que les mitochondries et les chloroplastes dérivent de bactéries ayant été intégrées au cytoplasme d’autres cellules il y a plus de 2 milliards d’années.

B – Transmission des organites

Capables de se multiplier, ces organites sont transmis d’une génération à l’autre avec le cytoplasme des gamètes (hérédité cytoplasmique) ou par division des cellules.

C – Réduction et transfert du génome des organites

Au cours du temps, le génome de l’organite régresse, soit une partie de ses gènes sont éliminés, soit une partie de ses gènes sont transférés dans le noyau de la cellule hôte.

D – Nouvelles potentialités métaboliques

L’intégration d’autres cellules confère à la cellule-hôte de nouvelles potentialités métaboliques, comme la réalisation de la respiration avec la mitochondrie ou la réalisation de la photosynthèse avec le chloroplaste.

Les endosymbioses en série se sont fréquemment produites au cours de l’histoire des Eucaryotes.