Plan du chapitre

Cours et schémas en version imprimable

– Cours à imprimer 

Suite à une proposition d’élève, voici une vidéo de la chaine bio logique faite par un professeur de lycée et d’université en SVT

Activités du chapitre
Ressources du TP 7bis Endosymbiose et transfert de gènes (non réalisé en 2022)

– Fiche du TP7

Correction du TP (Merci à Esméralda et Chloé)
– lien vers les séquences à utiliser pour ce TP sur Geniegen

– lien vers Geniegen (en cas de problème sur le lien précédent) puis écrire « Rubisco » dans la barre de recherche et sélectionner les 2 pack et charger les séquences

Ce site a été réalisé par Mme et Mr ESTHER

Introduction

En guise d’introduction, un article publié sur le CNRS : « Quand un lézard devient placentaire »

Il est communément admis que les mammifères sont pour la plupart des placentaires, à quelques exceptions près comme l’ornithorynque qui pond encore des œufs. Ce qui est moins connu c’est l’existence de quelques non-mammifères qui possèdent un véritable placenta, finalement très proche de celui des mammifères. C’est le cas d’un lézard des Andes, le Mabuya.

De précédents travaux avaient montré que chez les mammifères, la formation du placenta est rendue possible par les syncytines, des gènes d’origine rétrovirale « capturés » par nos ancêtres et conservés fonctionnels sur des millions d’années d’évolution. Dans la présente étude publiée dans les PNAS, l’équipe de recherche coordonnée par Thierry Heidmann, chercheur CNRS et directeur du laboratoire « Physiologie et pathologie moléculaires des rétrovirus endogènes et infectieux » (CNRS/Université Paris-Sud) à Gustave Roussy, met en évidence que le lézard Mabuya a lui aussi « capturé » une syncytine il y a près de 25 millions d’années. Cette syncytine est proche de celles que l’on trouve chez les mammifères, et sa capture coïncide avec l’apparition de ce lézard très particulier. Ces résultats montrent que ce phénomène de capture et d’utilisation par l’hôte de gènes rétroviraux n’est pas restreint aux seuls mammifères et qu’il est un élément majeur dans la formation du placenta chez les vertébrés. Un exemple de convergence évolutive entre l’homme et le lézard !

Source : https://insb.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/quand-un-lezard-devient-placentaire   + https://www.pnas.org/content/114/51/E10991

Problématique

Comment les génomes s’enrichissent et se complexifient (en dehors des mécanismes de la reproduction sexuée) ?

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I – Les transferts horizontaux d’ADN entre les bactéries

On appelle transferts génétiques horizontaux des échanges de matériels génétiques en dehors de la reproduction sexuée.

Chez les bactéries, ces transferts sont connus depuis 1928 et les célèbres expériences de Griffith sur les souches R et S des pneumocoques (manuel BELIN : doc 1 et 2 page 59). Pour rappel, ces expériences ont joué un rôle clé dans l’identification de l’ADN en tant que molécules porteuses des informations génétiques.

Lors de ces expériences Griffith et son équipe ont montré que des transferts d’informations génétiques se produisaient entre bactéries. Plus tard, Avery et MacLeod montreront que ces transferts se font par des échanges d’ADN entre les bactéries.

On sait désormais que ces échanges entre bactéries peuvent se faire selon plusieurs modalités :

  • transformation : intégration d’ADN présent dans l’environnement ;
  • transduction : transfert d’ADN par l’intermédiaire d’un virus (bactériophage) emportant des fragments du génome d’une bactérie donneuse vers une bactérie receveuse ;
  • conjugaison : transfert d’ADN entre deux bactéries par l’intermédiaire d’un « pilus bactérien », formant un pont entre les bactéries ;

Les transferts horizontaux sont fréquents au sein des populations bactériennes et ont des effets importants sur l’évolution de ces populations. On connaît notamment le rôle important de ces échanges dans l’acquisition de résistances aux antibiotiques chez les bactéries (manuel BELIN : docs 4 et 5 page 59).

Par ailleurs, les transferts horizontaux peuvent être utilisés par les humains dans le cadre des biotechnologies. Par exemple, l’insuline humaine nécessaire pour le traitement du diabète est produite grâce à des bactéries Escherichia coli transformées par intégration du gène humain de l’insuline (manuel BELIN : doc 6 page 59).  

https://www.medecinesciences.org/en/articles/medsci/pdf/2010/09/medsci20102610p811.pdf

https://www.franceculture.fr/sciences/e-coli-o104h4-transfert-de-genes-et-etat-de-guerre-bacteriologique

Exemple de transferts horizontaux d’ADN entre des bactéries (cf Ac 1)

Transition : Nous avons observé l’importance des transferts horizontaux dans les populations bactériennes. On peut donc se demander si de tels mécanismes existent dans d’autres groupes d’êtres vivants et quels sont leurs impacts sur l’évolution de espèces concernées.

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II – Les transferts génétiques horizontaux au cours de l’évolution

Les scientifiques ont mis en évidence de nombreux événements de transferts génétiques horizontaux chez l’ensemble des êtres vivants (animaux, végétaux, champignons, virus, …).

Pour cela ils ont comparé les gènes et les protéines chez différents groupes d’êtres vivants afin de reconstituer la phylogénie de ces gènes. On s’aperçoit alors que les gènes subissent des évènements évolutifs : duplications, pertes, transferts horizontaux entre deux espèces. Cependant, les mécanismes évolutifs affectant les gènes ne sont pas toujours liés à une évolution des espèces (voir schéma explicatif des phylogénies ci-dessous).

Pour donner quelques illustrations sur les transferts horizontaux de gènes on peut citer :

  • le gène de la syncitine permettant la mise en place du placenta chez les mammifères placentaires (et chez le lézard Mabuya, voir introduction) ; ce gène provient par transfert horizontal d’un rétrovirus et code pour les protéines de l’enveloppe de celui-ci (manuel BELIN : doc 1 à 5 page 59) ;
  • le gène permettant la fabrication des enzymes à l’origine des caroténoïdes chez le Puceron proviendrait d’un transfert horizontal depuis le génome d’une plante verte ;
  • des exemples de transferts de gènes ont été mis en évidence entres des plantes parasites et leurs hôtes : la plante parasite Rafflesia a récupéré un gène de son hôte la liane Tetrasigma ou encore la plante parasite Striga a récupéré plusieurs gènes mitochondriaux de son hôte le Sorgho ;

Par ailleurs, pour étudier les transferts horizontaux et l’acquisition de nouvelles fonctions chez les plantes « terrestres », une équipe de scientifique a séquencé le génome d’une mousse Physcomitrella patens et a mis en évidence plus de 50 évènements de transferts de gènes provenant de bactéries, d’archées et de champignons. Chez l’Homme, on estime que 10% de notre génome est d’origine virale.


Schéma montrant les nombreux événements de transferts de gènes provenant de bactéries, d’archées et de champignons identifiés chez les Végétaux

Certains de ces nouveaux gènes récupérés par transfert horizontal peuvent procurer un avantage sélectif et être conservés dans les génomes.

Schéma montrant les différents niveaux de symbioses possibles entre différentes cellules

Sources : https://www.medecinesciences.org/en/articles/medsci/full_html/2012/09/medsci2012288-9p695/medsci2012288-9p695.html

http://www.cnrs.fr/fr/placenta-chez-les-femelles-masse-musculaire-chez-les-males-le-double-heritage-dun-virus

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III – Les endosymbioses et la complexification des génomes

1) Une définition de l’endosymbiose

La symbiose est une association durable à bénéfices réciproques entre organismes d’espèces différentes. Cette association peut être particulièrement étroite si l’un des partenaires vit à l’intérieur des cellules ou des tissus de l’autre : on parle alors d’endosymbiose.

Dans la plupart des cas, l’organisme à l’intérieur des cellules procure un avantage nutritionnel à son hôte tandis que l’hôte procure un milieu protégé et stable.

On peut citer comme exemple d’endosymbiose le cas des coraux qui sont constitués par l’association d’un polype constructeur (animal) et d’algues unicellulaires, les zooxanthelles.  Les coraux se développent dans des eaux claires ce qui permet la photosynthèse par les algues. Par ailleurs, on observe la fabrication de molécules antioxydantes par l’hôte (polype) qui protègent des effets toxiques de l’excès de dioxygène lié à la photosynthèse. L’association des deux organismes leur permet une meilleure adaptation à leur milieu mais elle impose des contraintes (ex : excès de dioxygène).

En résumé, l’endosymbiose associe étroitement les génomes des deux partenaires et contribue donc à une complexification des génomes.

2) L’origine endosymbiotique des organites

Les organites énergétiques tels que les mitochondries (chez les eucaryotes) et les chloroplastes (chez les eucaryotes photosynthétiques) sont transmis d’une génération à l’autre et font partie intégrante de la machinerie cellulaire. Leurs caractéristiques structurales et leurs génomes rappellent néanmoins ceux des bactéries. De nombreux arguments permettent donc d’affirmer que ces organites sont issus d’évènements passés d’endosymbiose (théorie endosymbiotique).

On constate par ailleurs que :

  • une partie du génome mitochondrial et chloroplastique a été intégré au génome des cellules hôtes
  • une perte de gènes redondants dans les organites

Ces mécanismes participent à la transformation de l’endosymbiote en organite permanent.

Encart – Les arguments en faveur de l’origine endosymbiotique des organites

Sources : https://isyeb.mnhn.fr/sites/isyeb/files/documents/selosse2009biofutur.pdf https://www.college-de-france.fr/media/philippe-sansonetti/UPL5956343278269575180_seminaire_lopez.pdf

Schéma montrant l’origine endosymbiotiques des principaux organites

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Conclusion

Les échanges entres êtres vivants d’espèces différentes sont donc très fréquent au cours de l’évolution et participent à la complexification/diversification des génomes. Les génomes des êtres vivants aujourd’hui en portent les indices… notre ADN comporte ainsi des morceaux d’ADN viral, d’ADN mitochondrial (donc bactérien), etc.

Notre vision d’un arbre évolutif du vivant sous la forme d’un arbre aux branches bien distinctes et parallèles doit donc être partiellement revu : des échanges horizontaux et des événements d’endosymbiose jouent un rôle majeur dans l’évolution des génomes. 

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Cliquez sur l’image pour ouvrir le lien et vous entrainer à légender !

QCM1 – Je vérifie si j’ai compris les mécanismes de la symbiose.

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Voici quelques exemples possibles de sujets de bac sur ce chapitre :

Pour aller plus loin – Une vidéo bonus sur XXXX

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